用于光致持续阴极保护的多孔复合光电储能材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术属于光电化学阴极保护领域，具体地讲，本发明专利技术涉及一种用于光致持续阴极保护的多孔复合光电储能材料(TiO2/SnIn4S8)及其制备与应用。复合光电储能材料为于TiO2纳米灌木丛空隙及上部原位生长SnIn4S8三维纳米花获得多孔复合光电储能材料。本发明专利技术为优化设计高效储能光电材料体系，推进海洋环境下对金属的长效持续光电阴极保护，提供了有价值的借鉴。提供了有价值的借鉴。提供了有价值的借鉴。

【技术实现步骤摘要】
SS具有更佳的光电持续阴极保护性能。
[0022]一种TiO2/SnIn4S8复合光电储能电极，电极包括光电转换层、电子存储层及导电层，所述复合光电储能材料作为半导体光电转换与电子储存层。
[0023]所述电极以FTO导电玻璃作为基底，基底表面原位生长所述复合光电储能材料作为半导体光电转换与电子储存层，而后于所制备材料表面刮出部分FTO导电面在交接处涂上绝缘胶制成复合光电储能电极。
[0024]一种所述的电极的应用，所述复合光电储能电极在作为抑制金属腐蚀的光电阴极保护防腐蚀光阳极中的应用。
[0025]对上述制备的用于持续光电化学阴极保护的TiO2/SnIn4S8复合光电储能材料，将其制备成光阳极，并将光阳极进行光电化学阴极保护效应的测试，具体采用光致开路电位和光生电流密度的变化来表征，通过记录光生电流密度和开路电位在开/闭光条件下随时间的变化信息来进行测定。并且还通过对光致电流密度曲线进行积分，获得了光照下光电极对纯铜电极提供的光生电子的电荷量、以及在斩断光照后光电极在暗态下持续对铜电极放电的电量，研究了TiO2/SnIn4S8光电极的储存缓释光生电子性能。具体的测量装置分为两个反应池，即腐蚀池和光电化学池，如图3A与3B所示。光电化学池及腐蚀池中的电解液均为3.5％NaCl溶液，两个池通过盐桥连接。光电极置于光电化学池，纯铜或316L SS置于腐蚀池中。在本研究中使用的光源是300
‑
W氙灯(PLS
‑
SXE300，北京泊菲莱照明有限公司，中国)。通过给光源加上AM1.5滤波片，得到了模拟太阳光。在光照强度为100mW/cm2的间歇性模拟太阳光照射下进行的这些测试。在光电池的正面中央处有一直径约为30mm的石英窗口，入射光通过该窗口照射到光电极表面。
[0026]本专利技术的基本原理：
[0027]由于SnIn4S8和TiO2的能带电位可形成梯度搭配，在TiO2上生长复合SnIn4S8后将建立大量的内部异质结静电场。SnIn4S8(
‑
0.30V vs.SHE)的导带电势较TiO2的(
‑
0.18V vs.SHE)更负，使得模拟太阳光照激发下生成的光生电子从SnIn4S8的CB转移到TiO2的CB上以降低能量。同时光生空穴从TiO2的VB上转移到SnIn4S8的VB，从而大大促进光生电子和空穴的分离。对于n型半导体，光照射下，随着CB上光生电子的积累，光生电子的准费米能级会发生负移，伴随该体系的OCP负移。因此，对于TiO2/SnIn4S8大量的光生电子会将光生电子的准费米能级推到比其他样品光阳极更负的电位上。当TiO2/SnIn4S8与金属耦连时，光生电子便会转移到与之耦连的金属电极上，对其提供PEC阴极保护。在模拟太阳光照射下，随着TiO2/SnIn4S8上产生光生电子，SnIn4S8三维纳米花与TiO2多孔纳米分支结构的组合，大大增大了双电层电容，增强了电子存储性能。在光照下，多孔大电化学活性表面积的双电层电容充电，并在暗态下释放电子传输到被保护金属上。另一方面，SnIn4S8中的In
3+
具有多变价态，光照下，部分In
3+
将接受光生电子转变为In
+
，同时伴随NaCl的Na
+
插入SnIn4S8中形成Na
x
SnIn4S8。光照停止后，释放出光生电子。这两种储存光生电子的特性都有助于在黑暗中对金属进行持续阴极保护。因此，原位生长的TiO2/SnIn4S8复合光电储能材料的光电阳极能够对金属产生持续的光电化学阴极保护作用。
[0028]本专利技术所具有的优点：
[0029]本专利技术通过调控TiO2材料的微纳结构并整合光生电子储存材料SnIn4S8的方法，协助解决了阴天及黑暗条件下的持续阴极保护问题。一方面，由于TiO2基层特殊的多孔多分
支的微观纳米结构及SnIn4S8纳米花瓣的生长形貌，使得TiO2/SnIn4S8对光生电子具有较高的储存及缓释性能。而由于TiO2/SnIn4S8的双电层电容及电化学活性表面积比SnIn4S8的更大，从而对光生电子的存储能力更强。另一方面，由于SnIn4S8中变价组分In
3+
在模拟太阳光下接受光生电子会转变为In
+
，存储一部分光生电子，在闭光后又可以将其释放，使得TiO2/SnIn4S8光阳极也具有赝电容性质的电子存储性能。因此，TiO2/SnIn4S8具有更强的对金属的光电持续阴极保护性能。具体：
[0030]1.本专利技术通过溶剂热法制备的TiO2/SnIn4S8光阳极中SnIn4S8充分结合原位生长于TiO2基层上，这也将有利于光生电子在复合光阳极内的快速转移，增强光电转换及光电阴极保护性能。
[0031]2.本专利技术的TiO2/SnIn4S8复合物与纯TiO2及纯SnIn4S8相比，能够在暗态下长时间持续释放储存了的光生电子，为金属提供持续阴极保护，从而协助解决阴天及黑暗条件下的持续阴极保护问题。
[0032]3.本专利技术制备的醇热合成时间为15h下制得的TiO2/SnIn4S8‑
15h光阳极对铜具有最佳的光致阴极保护电流密度与光致混合电位降，分别为40.8μA
·
cm
‑2和176mV。光照后的暗态下，TiO2/SnIn4S8‑
15h光阳极的光致阴极保护电流密度缓慢下降。而且TiO2/SnIn4S8‑
15h光阳极对316L SS具有更佳的光电持续阴极保护性能，光致电位降以更慢的速度返回初始电势。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例提供的光电材料的制备流程图。
[0034]图2为本专利技术实施例提供的多孔TiO2纳米灌木丛基层的电镜图。
[0035]图3为本专利技术实施例提供的光电材料的光电化学阴极保护测试装置图，其中图3A为测量光生电流密度设备连接示意图，图3B为测量光致开路电位设备连接示意图。
[0036]图4为本专利技术实施例提供的不同水热时间制得的TiO2/SnIn4S8光阳极与纯铜电极的偶联体系，在间歇性开闭光条件下的电流密度(a)和电位(b)随时间的变化曲线。
[0037]图5为本专利技术实施例提供的制备完成的TiO2、SnIn4S8和TiO2/SnIn4S8光电极示意图。
[0038]图6为本专利技术实施例提供的TiO2/SnIn4S8‑
15h复合物(a)和纯SnIn4S8(b)的SEM图。
[0039]图7为本专利技术实施例提供的TiO2、SnIn4S8和TiO2/SnIn4S8‑
15h光电极与纯铜电极的偶联体系，在间歇性开闭光条件下的电流密度(a)和电位(b)随时间的变化曲线。
[0040]图8为本专利技术实施例提供的TiO2/SnIn4S8‑
15h光阳极与不同金属电极的偶联体系，在间歇性开闭光条件下的电流密度(a)和电位(b)随时间的变化曲线。
[0041]图9为本专利技术实施例提供的水热15h制得的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光致持续阴极保护的多孔复合光电储能材料，其特征在于：复合光电储能材料为于TiO2纳米灌木丛空隙及上部原位生长SnIn4S8三维纳米花获得多孔复合光电储能材料。2.按权利要求1所述的用于光致持续阴极保护的多孔复合光电储能材料，其特征在于：通过溶剂热法，先将Sn、In、S源以离子状态浸透到表面带有TiO2纳米灌木丛的多孔基层上，然后于基层上原位生长成纳米花状SnIn4S8，得到的SnIn4S8与TiO2紧密界面结合的复合光电储能材料。3.一种权利要求1所述的用于光致持续阴极保护的多孔复合光电储能材料的制备方法，其特征在于：在生长有TiO2纳米灌木丛的多孔基层表面原位生长SnIn4S8三维纳米花获得多孔复合光电储能材料；其中，所述生长有TiO2纳米灌木丛的基层为通过溶剂热法于FTO导电基底表面原位生长所得。4.按权利要求3所述的用于光致持续阴极保护的多孔复合光电储能材料的制备方法，其特征在于：1)多孔基层的制备：将预处理的FTO基底置于高压反应釜的内胆中，导电面朝下与釜壁成45
°
角度放置，将溶液a加入上述高压反应釜中浸没FTO基底，而后在170
‑
190℃下加热8
‑
10小时，在FTO导电基底上直接生长具有多孔纳米灌木丛结构的TiO2材料；而后，反应釜冷却后，取FTO导电基底经煅烧在其上获得白色TiO2纳米多孔基层；其中溶液a为:称取0.001
‑
0.003mol K2TiO(C2O4)2(草酸钛钾，PTO)加入5
‑
15ml水加热搅拌至溶解，一缩二乙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙萌萌，鹿桂英，姜旭宏，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：