本发明专利技术涉及一种用于光生阴极保护的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法，涉及一种复合膜光阳极。提供一种具有高效的用于光生阴极保护的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法。以钛箔作为基体，以氢氟酸溶液为电解质溶液，铂作为对电极，进行阳极氧化后煅烧，即可在钛表面制得TiO2纳米管阵列膜；采用循环伏安沉积法，首先在TiO2纳米管阵列膜表面沉积石墨烯量子点，以配制的氧化石墨烯溶液为电解质溶液，以铂为对电极，以饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，将石墨烯沉积在TiO2纳米管阵列膜表面，即制得石墨烯/TiO2复合膜；然后在制得的石墨烯/TiO2复合膜表面沉积CdTe量子点，以TeO2、CdSO4和盐酸的混合溶液为电解质溶液，以铂为对电极，以饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，将CdTe沉积在石墨烯/TiO2复合膜表面，最终制得石墨烯/CdTe-TiO2复合膜。
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法
本专利技术涉及一种复合膜光阳极，尤其是涉及一种用于光生阴极保护的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法。
技术介绍
TiO2因自身优异的化学性质和光电化学性能，在对金属的保护方面它的制备已引起极大的关注。基本原理为：光照条件下，TiO2受到激发并产生光生电子，光生电子从TiO2表面传递给金属，使得金属的电位负移，并低于它的自腐蚀电位，从而对金属起到保护作用。与传统的阴极保护方法相比，这种技术利用TiO2的光电效应，不需要牺牲阳极，也不需要消耗电能，成本更低，显示出诱人的应用前景。但是，TiO2在实际应用过程中存在一些技术难题：(1)光照时，受TiO2宽禁带(3.2eV)的限制，只能吸收波长小于380nm的紫外光，大部分的可见光都不能被有效地利用，光电效率低。(2)光照后转为暗态时，产生的光生电子-空穴对复合快，不能对金属提供长时间的阴极保护。与窄禁带的半导体耦合(如CdSe，CdS和CdTe等)，是提高TiO2可见光响应的最有效方法之一。其中CdTe的禁带宽度为1.5eV，能够吸收可见光，在与TiO2耦合时，光生电子可以由CdTe的导带传递到TiO2的导带，从而提高光生电子和空穴的分离效率。石墨烯因其自身优异的电子转移和空穴分离能力，已经受到特别的关注。石墨烯具有良好的导电能力存在两个方面的原因。一是由于石墨烯是零禁带的理想导体，使得石墨烯膜中载流子具有很高的可移动性。二是由于石墨烯是单层的二维结构，具有很大的表面积，可以作为良好的电子受体。因此，石墨烯常被用来对TiO2进行改性。然而单纯地采用石墨烯改性TiO2材料，即石墨烯-TiO2复合材料，它对可见光的利用率并不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于光生阴极保护的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种用于光生阴极保护的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法，1)在去离子水中加入氢氟酸，以铂作对电极，对预处理的钛基体试样进行阳极氧化，氧化后煅烧，随炉冷却至室温；2)采用循环伏安沉积方法对上述氧化后的钛基体试样表面沉积石墨烯量子点，得石墨烯/TiO2纳米管复合膜；3)采用循环伏安沉积方法对上述石墨烯/TiO2纳米管复合膜表面沉积CdTe量子点，而后煅烧，随炉冷却至室温，得到石墨烯/CdTe-TiO2复合膜。所述预处理的钛基体试样为以钛箔作为基体，将钛基体表面经打磨后，依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声波清洗，即得到预处理后的钛基体试样。所述基体的厚度为0.1～0.5mm；所述基体可为长方体，长度可为15～35mm，宽度可为10～25mm。进一步的说，所述步骤1)在去离子水中加入质量分数为1％的氢氟酸溶液，再以铂作对电极，对预处理的钛基体试样进行阳极氧化，氧化后在450～500℃下煅烧1.5～2.0h，随后冷却至室温；其中，阳极氧化条件为阳极氧化的工作电压为20～30V，阳极氧化的时间为20～30min。所述步骤2)以氧化石墨烯为电解质溶液，采用三电极体系，在上述氧化后的钛基体试样上的TiO2纳米管阵列膜表面采用循环伏安沉积方法沉积石墨烯量子点，得石墨烯/TiO2纳米管复合膜；其中，三电极体系为TiO2/Ti为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为对电极。所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5～1.0g/L；所述循环伏安沉积的电压为-1.5～1.0V，沉积的圈数为10～50。所述步骤3)以TeO2、CdSO4和盐酸的混合溶液为电解质溶液，采用三电极体系，在上述石墨烯/TiO2纳米管复合膜表面采用循环伏安沉积方法沉积CdTe量子点，而后在300～400℃下煅烧1～1.5h，随后冷却至室温得到石墨烯/CdTe-TiO2复合膜；其中，三电极体系为石墨烯/TiO2/Ti为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为对电极。所述电解质溶液中TeO2的浓度为0.01～0.02mol/L，CdSO4的浓度为0.05～0.10mol/L，盐酸与水的体积比为1:6～1:7；所述循环伏安沉积的电压为-0.5～-1.1V，沉积的圈数为10～30。更进一步的说，所述步骤1)预处理的钛基体试样为以钛箔作为基体，钛箔的Ti含量可为99.9％，将钛基体表面经400～1500号砂纸逐级打磨后，先后在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声波清洗8～15min，即得到预处理后得钛基体试样。所述基体的厚度为0.1～0.5mm；所述基体可为长方体，长度可为15～35mm，宽度可为10～25mm。所述步骤1)在去离子水中加入氢氟酸，氢氟酸溶液的质量分数为1％，而后以铂作对电极，对预处理的钛基体试样进行阳极氧化，氧化后在450～500℃下煅烧1.5～2.0h，随后冷却至室温；其中，阳极氧化条件为阳极氧化的工作电压为20～30V，阳极氧化的时间为20～30min。所述步骤2)以氧化石墨烯为电解质溶液，采用三电极体系，在上述氧化后的钛基体试样上的TiO2纳米管阵列膜表面采用循环伏安沉积方法沉积石墨烯量子点，得石墨烯/TiO2纳米管复合膜；其中，三电极体系为TiO2/Ti为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为对电极。所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5～1.0g/L；所述循环伏安沉积的电压为-1.5～1.0V，沉积的圈数为10～50。所述步骤3)以TeO2、CdSO4和盐酸的混合溶液为电解质溶液，采用三电极体系，在上述石墨烯/TiO2纳米管复合膜表面采用循环伏安沉积方法沉积CdTe量子点，而后在300～400℃下煅烧1～1.5h，随后冷却至室温得到石墨烯/CdTe-TiO2复合膜；其中，三电极体系为石墨烯/TiO2/Ti为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为对电极。所述电解质溶液中TeO2的浓度为0.01～0.02mol/L，CdSO4的浓度为0.05～0.10mol/L，盐酸与水的体积比为1:6～1:7；所述循环伏安沉积的电压为-0.5～-1.1V，沉积的圈数为10～30。本专利技术的基本原理：TiO2与窄带隙的量子点半导体CdTe复合，在光照射下，CdTe的价带电子吸收光子激发跃迁到导带，产生光生电子-空穴对，光生电子从CdTe的导电跃迁至石墨烯薄膜，再转移到TiO2的导带，最后向与之相连的被保护的金属表面迁移，产生光生电流，使金属发生阴极极化，致使使电极电位降低，并远低于金属原来的自然腐蚀电位(即开路电位)，此时金属可处于热力学稳定状态即阴极保护状态，即金属受到保护而避免腐蚀。同时，空穴从TiO2价带转移到石墨烯，并进一步转移到CdTe的价带，有效实现了电子和空穴的分离。这样，就可以克服以往TiO2薄膜光生阴极保护效应较差的问题。本专利技术通过发展先进的金属表面涂层制备技术，获得对金属具有高性能阴极保护效应的TiO2纳米管复合膜。本专利技术先在钛箔表面上用阳极氧化法制备一定长度的TiO2纳米管阵列膜，再采用循环伏安沉积法在纳米管表面依次沉积石墨烯、CdTe量子点。把表面有石墨烯敏化的CdTe/TiO2纳米复合膜连同钛箔基体作为光阳极浸泡于电解质溶液中，与被保护的不锈钢等金属连接，即可对金属起到光生阴极保护作用。本专利技术的优点在于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于光生阴极保护的石墨烯/CdTe‑TiO2复合膜光阳极的制备方法，其特征在于：1)在去离子水中加入氢氟酸，以铂作对电极，对预处理的钛基体试样进行阳极氧化，氧化后煅烧，随炉冷却至室温；2)采用循环伏安沉积方法对上述氧化后的钛基体试样表面沉积石墨烯量子点，得石墨烯/TiO2纳米管复合膜；3)采用循环伏安沉积方法对上述石墨烯/TiO2纳米管复合膜表面沉积CdTe量子点，而后煅烧，随炉冷却至室温，得到石墨烯/CdTe‑TiO2复合膜。
【技术特征摘要】
1.一种用于光生阴极保护的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法，其特征在于：1)在去离子水中加入氢氟酸，以铂作对电极，对预处理的钛基体试样进行阳极氧化，氧化后煅烧，随炉冷却至室温；2)采用循环伏安沉积方法对上述氧化后的钛基体试样表面沉积石墨烯量子点，得石墨烯/TiO2纳米管复合膜；3)采用循环伏安沉积方法对上述石墨烯/TiO2纳米管复合膜表面沉积CdTe量子点，而后煅烧，随炉冷却至室温，得到石墨烯/CdTe-TiO2复合膜。2.按权利要求1所述的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法，其特征在于：所述预处理的钛基体试样为以钛箔作为基体，将钛基体表面经打磨后，依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声波清洗，即得到预处理后的钛基体试样。3.按权利要求2所述的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法，其特征在于：所述基体的厚度为0.1～0.5mm；所述基体可为长方体，长度可为15～35mm，宽度可为10～25mm。4.按权利要求1所述的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜光阳极的制备方法，其特征在于：所述步骤1)在去离子水中加入质量分数为1％的氢氟酸溶液，再以铂作对电极，对预处理的钛基体试样进行阳极氧化，氧化后在450～500℃下煅烧1.5～2.0h，随后冷却至室温；其中，阳极氧化条件为阳极氧化的工作电压为20～30V，阳极氧化的时间为20～30min。5.按权利要求1所述的石墨烯/CdTe-TiO2复合膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：李红，王秀通，张亮，侯保荣，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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