Свойства фотогенерированной катодной защиты нанокомпозитов Ag/NiS/TiO2

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 4814 (2022) Цитировать эту статью

1056 доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

TiO2 — полупроводниковый материал, используемый для фотоэлектрического преобразования. Чтобы улучшить коэффициент использования света, наночастицы сульфида никеля и серебра были синтезированы на поверхности нанопроволок диоксида титана с помощью простых методов пропитки-осаждения и фотовосстановления. Проведена серия исследований по изучению эффекта катодной защиты нанокомпозитов Ag/NiS/TiO2 на нержавеющей стали 304 с дополнительным анализом морфологии, состава и характеристик светопоглощения материала. Результаты показывают, что при числе циклов пропитки-осаждения сульфида никеля 6 и концентрации фотовосстановления нитрата серебра 0,1 М полученные нанокомпозиты Ag/NiS/TiO2 могут обеспечить наилучшую катодную защиту нержавеющей стали 304.

Применение полупроводников n-типа для фотокатодной защиты от солнечного света в последние годы стало горячей темой. При возбуждении солнечным светом электроны в валентной зоне (VB) полупроводникового материала будут возбуждаться в зоне проводимости (CB), генерируя фотогенерированные электроны. Если потенциал зоны проводимости полупроводника или нанокомпозита более отрицательный, чем потенциал самотравления связанного металла, эти фотогенерированные электроны будут перенесены на поверхность связанного металла. Накопление электронов приведет к катодной поляризации металла, и будет обеспечена катодная защита связанного металла1,2,3,4,5,6,7. Полупроводниковые материалы теоретически рассматриваются как нежертвуемые фотоаноды, поскольку анодная реакция не разлагает сами полупроводниковые материалы, хотя осуществляется за счет окисления воды фотогенерированными дырками или адсорбированными органическими загрязнителями1, или присутствие улавливающих агентов захватывает фотогенерированные дырки. Самое главное, что полупроводниковый материал должен иметь потенциал СВ, более отрицательный, чем потенциал коррозии защищаемого металла. Только таким образом фотогенерированные электроны могут быть перенесены из зоны проводимости полупроводника в защищаемый металл. Исследования фотохимической коррозионной стойкости были сосредоточены на неорганических полупроводниковых материалах n-типа с широкой запрещенной зоной (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, которые реагируют только на ультрафиолетовый свет (<400 нм), снижение доступности света.

В области морской антикоррозионной защиты ключевую роль играет технология фотоэлектрохимической катодной защиты. TiO2 — это своего рода полупроводниковый материал с превосходными свойствами поглощения ультрафиолетового излучения и фотокаталитическими характеристиками. Однако из-за низкого коэффициента использования света фотогенерированные электронные дырки легко объединяются и не могут быть защищены в условиях темноты. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы предложить разумные и практические решения. Сообщалось, что для улучшения фоточувствительности TiO2 можно применять множество методов модификации поверхности, например, легирование Fe, N и композитирование Ni3S2, Bi2Se3, CdTe и так далее. Поэтому соединение TiO2 с материалами с высокой эффективностью фотоэлектрического преобразования широко применяется в области фотогенерируемой катодной защиты.

Сульфид никеля представляет собой полупроводниковый материал с узкой шириной запрещенной зоны всего 1,24 эВ8,9. Чем уже ширина запрещенной зоны, тем выше будет коэффициент использования света. Когда сульфид никеля примешивается к поверхности диоксида титана, коэффициент использования света может быть расширен. В сочетании с диоксидом титана можно эффективно повысить эффективность разделения фотогенерированных электронов и дырок. Сульфид никеля широко используется в электрокаталитическом производстве водорода, батареях и разложении загрязняющих веществ8,9,10. Однако о его применении для фотокатодной защиты не сообщалось. В этом исследовании полупроводниковый материал с узкой шириной запрещенной зоны был выбран для решения проблемы низкой эффективности использования света TiO2. Наночастицы сульфида никеля и серебра комбинировались на поверхности нанопроволок TiO2 методами пропитки-осаждения и фотовосстановления соответственно. Нанокомпозит Ag/NiS/TiO2 повышает эффективность использования света, благодаря чему диапазон поглощения света расширяется из ультрафиолетовой области в видимую область. Между тем, осаждение наночастиц серебра придает нанокомпозитам Ag/NiS/TiO2 превосходную оптическую стабильность и устойчивую катодную защиту.