本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種吸附了染料敏化劑的納米多孔半導(dǎo)體薄膜光陽極，尤其是一種用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極的制備方法。首先，清洗導(dǎo)電玻璃，晾干后在其導(dǎo)電面上用3M膠帶貼出薄膜附著區(qū)域；其次，以P25粉末、乙醇、乙酰丙酮、曲拉通X?100和去離子水為原料研磨成TiO2膠體，將膠體刮涂于導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電面貼出的區(qū)域內(nèi)，自然晾干后經(jīng)煅燒處理得二氧化鈦納米多孔半導(dǎo)體薄膜；最后，將薄膜浸漬于N719染料中24h，取出自然晾干后煅燒處理得到N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極。本發(fā)明專利技術(shù)對304不銹鋼顯示出優(yōu)良的光生陰極保護(hù)作用，具有操作簡單易行，產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)換效率高等特點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種吸附了染料敏化劑的納米多孔半導(dǎo)體薄膜光陽極，尤其是一種用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極的制備方法。
技術(shù)介紹
金屬腐蝕的危害已涉及到各行各業(yè)，全世界每90s就有1t鋼鐵腐蝕成鐵銹。寶貴材料變廢品不僅僅是對自然資源的極大浪費，給環(huán)境帶來污染破壞，而且影響正常生產(chǎn)、阻礙新技術(shù)的開發(fā)利用，帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失，更甚者造成事故和事故隱患，危機(jī)人員安全。延緩金屬腐蝕的方法有很多，近年來，隨著光電材料技術(shù)的不斷發(fā)展，一種新型保護(hù)手段——光生陰極保護(hù)——被應(yīng)用在了防金屬腐蝕領(lǐng)域。光生陰極保護(hù)是在光照條件下，當(dāng)光子能量大于半導(dǎo)體光電材料的能帶帶隙時，可激發(fā)半導(dǎo)體價帶上的電子至導(dǎo)帶，產(chǎn)生高能電子-空穴對。其中電子可向轉(zhuǎn)移至電勢較低的被保護(hù)金屬，使被保護(hù)金屬電勢降低，顯著低于金屬的自然腐蝕電位時使金屬處于陰極保護(hù)狀態(tài)。TiO2因為其具有良好的光催化性、無毒性、穩(wěn)定性，成本低廉等特點使其成為最受歡迎的光電材料，被廣泛應(yīng)用于空氣凈化、廢水處理、太陽能電池等領(lǐng)域。但是，TiO2在實際應(yīng)用中存在一些限制：(1)TiO2的禁帶寬度為3.2eV，只能吸收波長小于380nm的紫外光，對大部分可見光光電效率低；(2)TiO2受光激發(fā)后，電子-空穴對存在時間短，光轉(zhuǎn)化效率低。所以對TiO2進(jìn)行改性使其應(yīng)用于光生陰極保護(hù)成為可能。N719染料是指二-四丁銨-雙(異硫氰基)雙(2,2'-聯(lián)吡啶-4,4'-二羧基)釕(II)染料，因其具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的氧化還原和可見光譜響應(yīng)能力等優(yōu)點，所以N719是現(xiàn)今應(yīng)用最為廣泛的染料敏化劑。光照條件下，N719基態(tài)電子易被太陽光激發(fā)到激發(fā)態(tài)，然后注入半導(dǎo)體中，而空穴留在染料分子中，實現(xiàn)電荷的有效分離。因此，用N719染料對TiO2半導(dǎo)體進(jìn)行改性應(yīng)用于光生陰極保護(hù)是一種很好的方式。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2復(fù)合薄膜光陽極的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極的制備
方法，將TiO2膠體刮涂于導(dǎo)電玻璃FTO基體導(dǎo)電面的薄膜附著區(qū)域內(nèi)，自然晾干后經(jīng)煅燒處理得二氧化鈦納米多孔半導(dǎo)體薄膜；再將獲得薄膜浸漬于N719染料，而后取出自然晾干后煅燒處理得到N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極。具體是，以P25粉末、乙醇、乙酰丙酮、曲拉通X-100和去離子水為原料研磨成TiO2膠體，將膠體刮涂于導(dǎo)電玻璃FTO基體導(dǎo)電面的薄膜附著區(qū)域內(nèi)，自然晾干后經(jīng)400-450℃下煅燒1-2h得二氧化鈦納米多孔半導(dǎo)體薄膜；其中，其中，TiO2膠體為每克P25粉末需加入6-15ml溶液，溶液配方乙酰丙酮、乙醇、曲拉通X-100和去離子水，乙酰丙酮：乙醇：曲拉通X-100：去離子水的體積比為1:3:1.5:3～1:5:2.5:5。所述煅燒處理是指將負(fù)載膠體薄膜的FTO基體放置在馬弗爐中，以5-10℃/min的升溫速率升到400-450℃并恒溫1-2h，之后關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫。將所述二氧化鈦納米多孔半導(dǎo)體薄膜浸漬于濃度為3×10-4-4×10-4mol/L N719染料中18-26h，取出自然晾干后350-400℃煅燒處理15-20min得到N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極。所述煅燒處理是指將負(fù)載浸漬染料后的納米TiO2多孔半導(dǎo)體薄膜的FTO基體放置在馬弗爐中，以5-10℃/min的升溫速率升到350-400℃并恒溫煅燒處理15-20min，之后關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫。所述濃度為3×10-4-4×10-4mol/L N719染料是將N719染料放入棕色容量瓶中，加無水乙醇為溶劑，攪拌24h即得。所述導(dǎo)電玻璃FTO基體是摻雜氟的SnO2透明導(dǎo)電玻璃；裁取規(guī)格尺寸為15*10*1.6mm。使用是將基體依次用丙酮，無水乙醇，去離子水超聲清洗10min，晾干，而后用萬用表判斷其導(dǎo)電面，并標(biāo)記待用；確定導(dǎo)電面后，用3M膠帶在上述導(dǎo)電面上貼出4mm×4mm的區(qū)域待用。所述復(fù)合薄膜光陽極可作為用于抑制金屬腐蝕的防腐蝕保護(hù)膜。對上述制備的用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極的光生陰極保護(hù)效應(yīng)的測試，具體采用N719/TiO2/FTO光電池和腐蝕電解池組成的系統(tǒng)。光電池以N719/TiO2/FTO薄膜為工作電極，Pt/FTO為對電極，DMPII/LiI/I2/TBP/GuSCN為電解質(zhì)組成。腐蝕電解池為三電極體系，工作電極為被保護(hù)的金屬(不銹鋼)，對電極為Pt電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，以質(zhì)量濃度為3.5％的NaCl溶液為腐蝕介質(zhì)。光陽極與被保護(hù)的金屬電極通過導(dǎo)線連接作為工作電極。采用300W高壓Xe燈作為可見光光源(加紫外光濾光片，使得光源波長≥400nm)，放置于光電池前，使光照直射N719/TiO2/FTO薄膜。用電化學(xué)工作站測試金屬電極電位在光照前后的電位變化。所述，Pt/FTO對電極指在FTO導(dǎo)電面上滴幾滴0.003mol/L氯鉑酸溶液，自然晾干后放入馬弗爐中，以10℃/min的升溫速率升到400℃并恒溫15min，之后關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫制得。本專利技術(shù)的基本原理：當(dāng)TiO2經(jīng)N719染料敏化后，在光照下N719染料被光激發(fā)，基態(tài)電子吸收光子被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，光生電子移向TiO2的導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子俘獲效應(yīng)；光生空穴則留在染料分子中，從而實現(xiàn)電子與空穴的分離，有效減少電子-空穴對的復(fù)合。在外電場作用力下，電子通過導(dǎo)線轉(zhuǎn)移至電勢更低的不銹鋼電極，使得不銹鋼電極電位負(fù)移偏離自腐蝕電位，從而使其處于被保護(hù)狀態(tài)。因此，通過N719與TiO2組成復(fù)合膜可有效提高薄膜對金屬的光生陰極保護(hù)效應(yīng)。本專利技術(shù)所具有的優(yōu)點：1、本專利技術(shù)N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜，具有操作簡單、效果顯著等特點，對光的吸收范圍較純二氧化鈦更寬，是優(yōu)良光陽極材料。2、用可見光照射本專利技術(shù)制備的復(fù)合膜時，可使與之連接的腐蝕電解池中的304不銹鋼電極電位下降至-400mV以下，明顯低于其自腐蝕電位，發(fā)生顯著的陰極極化。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施例提供的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜的表面形貌(SEM圖),標(biāo)尺為500nm。圖2為本專利技術(shù)實施例提供的304不銹鋼在3.5％NaCl溶液中與N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極藕連，光照前后電極電位隨時間變化曲線。其中，橫坐標(biāo)為時間(s)，縱坐標(biāo)為電極電位(mV vs.SCE)。on表示光照，off表示關(guān)閉光源即暗態(tài)。圖3為本專利技術(shù)實施例提供的304不銹鋼與N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極藕連在可見光照下(≥400nm)測試的電流-時間曲線。圖4為本專利技術(shù)實施例提供的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜的表面形貌(SEM圖),標(biāo)尺為500nm。圖5為本專利技術(shù)實施例提供的304不銹鋼在3.5％NaCl溶液中與N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極連接，光照前后電極電位隨時間變化曲線。其中，橫坐標(biāo)為時間(s)，縱坐標(biāo)為電極電位(mV vs.SCE)。on表示光照，off表示關(guān)閉光源即暗態(tài)。圖6為本專利技術(shù)實施例提供的304不銹鋼與N719/T本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極的制備方法，其特征在于：將TiO2膠體刮涂于導(dǎo)電玻璃FTO基體導(dǎo)電面的薄膜附著區(qū)域內(nèi)，自然晾干后經(jīng)煅燒處理得二氧化鈦納米多孔半導(dǎo)體薄膜；再將獲得薄膜浸漬于N719染料，而后取出自然晾干后煅燒處理得到N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極的制備方法，其特征在于：將TiO2膠體刮涂于導(dǎo)電玻璃FTO基體導(dǎo)電面的薄膜附著區(qū)域內(nèi)，自然晾干后經(jīng)煅燒處理得二氧化鈦納米多孔半導(dǎo)體薄膜；再將獲得薄膜浸漬于N719染料，而后取出自然晾干后煅燒處理得到N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極。2.按權(quán)利要求1所述的用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極的制備方法，其特征在于：以P25粉末、乙醇、乙酰丙酮、曲拉通X-100和去離子水為原料研磨成TiO2膠體，將膠體刮涂于導(dǎo)電玻璃FTO基體導(dǎo)電面的薄膜附著區(qū)域內(nèi)，自然晾干后經(jīng)400-450℃下煅燒1-2h得二氧化鈦納米多孔半導(dǎo)體薄膜；其中，乙酰丙酮：乙醇：曲拉通X-100：去離子水的體積比為1:3:1.5:3～1:5:2.5:5。3.按權(quán)利要求2所述的用于光生陰極保護(hù)的N719/TiO2/FTO復(fù)合薄膜光陽極的制備方法，其特征在于：所述煅燒處理是指將負(fù)載膠體薄膜的FTO基體放置在馬弗爐中，以5-10℃/min的升溫速率升到400-450℃并恒溫1-2h，之后關(guān)閉電源隨爐冷卻至室溫。4...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王秀通，韋秦怡，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院海洋研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37
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