Благодарим ви, че посетихте Nature.com.Версията на браузъра, която използвате, има ограничена поддръжка на CSS.За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer).Междувременно, за да осигурим постоянна поддръжка, ние ще визуализираме сайта без стилове и JavaScript.
TiO2 е полупроводников материал, използван за фотоелектрично преобразуване.За да се подобри тяхното използване на светлина, наночастиците от никел и сребърен сулфид бяха синтезирани на повърхността на нанониците от TiO2 чрез прост метод на потапяне и фоторедукция.Проведени са серия от изследвания на катодното защитно действие на нанокомпозитите Ag/NiS/TiO2 върху неръждаема стомана 304 и са допълнени морфологията, състава и характеристиките на абсорбцията на светлина на материалите.Резултатите показват, че подготвените нанокомпозити Ag/NiS/TiO2 могат да осигурят най-добрата катодна защита за неръждаема стомана 304, когато броят на циклите на импрегниране-утаяване с никелов сулфид е 6 и концентрацията на фоторедукция на сребърен нитрат е 0,1M.
Приложението на n-тип полупроводници за защита на фотокатоди чрез слънчева светлина се превърна в гореща тема през последните години.Когато се възбудят от слънчева светлина, електроните от валентната лента (VB) на полупроводников материал ще бъдат възбудени в проводимата лента (CB), за да генерират фотогенерирани електрони.Ако потенциалът на лентата на проводимост на полупроводника или нанокомпозита е по-отрицателен от потенциала за самоецване на свързания метал, тези фотогенерирани електрони ще се прехвърлят към повърхността на свързания метал.Натрупването на електрони ще доведе до катодна поляризация на метала и ще осигури катодна защита на свързания метал1,2,3,4,5,6,7.Полупроводниковият материал теоретично се счита за нежертвен фотоанод, тъй като анодната реакция не разгражда самия полупроводников материал, а окисляването на водата през фотогенерирани дупки или адсорбирани органични замърсители, или наличието на колектори за улавяне на фотогенерирани дупки.Най-важното е, че полупроводниковият материал трябва да има CB потенциал, който е по-отрицателен от корозионния потенциал на метала, който се защитава.Само тогава фотогенерираните електрони могат да преминат от проводящата лента на полупроводника към защитения метал. Проучванията за устойчивост на фотохимична корозия са фокусирани върху неорганични n-тип полупроводникови материали с широки забранени ленти (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, които реагират само на ултравиолетова светлина (< 400 nm), намалявайки наличието на светлина. Проучванията за устойчивост на фотохимична корозия са фокусирани върху неорганични n-тип полупроводникови материали с широки забранени ленти (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, които реагират само на ултравиолетова светлина (< 400 nm), намалявайки наличието на светлина. Изследванията на устойчивостта на фотохимическата коррозия са сосредоточени върху неорганични полупроводникови материали n-типа с широко забранена зона (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, които възстановяват само ултрафиолетово излучение (< 400 nm), намаляване на достъпността на света. Изследванията върху устойчивостта на фотохимична корозия са фокусирани върху n-тип неорганични полупроводникови материали с широка ширина на лентата (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, които реагират само на ултравиолетово лъчение (< 400 nm), намалена наличност на светлина.光化学耐腐蚀性研究主要集中在具有宽带隙(3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7 的无机n 型半导体材料上，这些材料仅对紫外光（< 400 nm）有响应，减少光的可用性。光 化学 耐腐 蚀性 研究 主要 在 具有 宽带隙 宽带隙 宽带隙 (3.0–3.2ev) 1.2,3,4,5,6,6,7 的 无机 n型 材料 上 ， 这些 材料 仅 对 （<400 nm） 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有有响应，减少光的可用性。 Изследванията на устойчивостта на фотохимическата коррозия основно са сосредоточени върху неорганични полупроводникови материали n-типа с широко забранена зона (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, които са чувствителни само към UF-излучение (<400 nm). Изследванията върху устойчивостта на фотохимична корозия се фокусират основно върху неорганични полупроводникови материали от тип n с широк диапазон (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, които са чувствителни само към UV радиация.(<400 nm).В отговор на това наличието на светлина намалява.
В областта на морската защита от корозия, технологията за фотоелектрохимична катодна защита играе ключова роля.TiO2 е полупроводников материал с отлична абсорбция на UV светлина и фотокаталитични свойства.Въпреки това, поради ниската степен на използване на светлина, фотогенерираните електронни дупки се рекомбинират лесно и не могат да бъдат екранирани при тъмни условия.Необходими са допълнителни изследвания, за да се намери разумно и осъществимо решение.Съобщава се, че могат да се използват много методи за модифициране на повърхността за подобряване на фоточувствителността на TiO2, като допиране с Fe, N и смесване с Ni3S2, Bi2Se3, CdTe и т.н. Следователно композитът TiO2 с материали с висока ефективност на фотоелектрично преобразуване се използва широко в областта на фотогенерираната катодна защита..
Никеловият сулфид е полупроводников материал с тясна забранена лента от само 1,24 eV8,9.Колкото по-тясна е ширината на лентата, толкова по-силно е използването на светлина.След като никеловият сулфид се смеси с повърхността на титанов диоксид, степента на използване на светлината може да се увеличи.Комбиниран с титанов диоксид, той може ефективно да подобри ефективността на разделяне на фотогенерирани електрони и дупки.Никеловият сулфид се използва широко в електрокаталитичното производство на водород, батериите и разлагането на замърсители8,9,10.Все още обаче не е докладвано използването му в фотокатодната защита.В това изследване беше избран полупроводников материал с тясна забранена лента за решаване на проблема с ниската ефективност на използване на светлината от TiO2.Наночастиците от никел и сребърен сулфид се свързват върху повърхността на нанопроводниците от TiO2 съответно чрез методи на потапяне и фоторедукция.Нанокомпозитът Ag/NiS/TiO2 подобрява ефективността на използване на светлината и разширява обхвата на абсорбция на светлина от ултравиолетовата до видимата област.Междувременно отлагането на сребърни наночастици дава на нанокомпозита Ag/NiS/TiO2 отлична оптична стабилност и стабилна катодна защита.
Първо, титаниево фолио с дебелина 0, 1 mm с чистота 99, 9% беше нарязано до размер 30 mm × 10 mm за експерименти.След това всяка повърхност на титаниевото фолио се полира 100 пъти с шкурка с 2500 песъчинки и след това се измива последователно с ацетон, абсолютен етанол и дестилирана вода.Поставете титановата плоча в смес от 85 °C (натриев хидроксид: натриев карбонат: вода = 5:2:100) за 90 минути, отстранете и изплакнете с дестилирана вода.Повърхността се ецва с разтвор на HF (HF:H2O = 1:5) за 1 минута, след това се промива последователно с ацетон, етанол и дестилирана вода и накрая се изсушава за употреба.Нанопроводниците от титанов диоксид бяха бързо произведени върху повърхността на титаново фолио чрез едноетапен процес на анодизиране.За анодиране се използва традиционна двуелектродна система, работният електрод е титанов лист, а противоположният електрод е платинен електрод.Поставете титановата плоча в 400 ml 2 М разтвор на NaOH със скоби за електроди.DC захранващият ток е стабилен при около 1.3 A. Температурата на разтвора се поддържа при 80°С в продължение на 180 минути по време на системната реакция.Титановият лист се изважда, промива се с ацетон и етанол, промива се с дестилирана вода и се изсушава естествено.След това пробите се поставят в муфелна пещ при 450 ° C (скорост на нагряване 5 ° C / min), поддържат се при постоянна температура за 120 min и се поставят в тава за сушене.
Композитът никелов сулфид-титанов диоксид е получен чрез прост и лесен метод за отлагане чрез потапяне.Първо, никелов нитрат (0,03 М) се разтваря в етанол и се държи при магнитна бъркалка в продължение на 20 минути, за да се получи етанолов разтвор на никелов нитрат.След това пригответе натриев сулфид (0,03 М) със смесен разтвор на метанол (метанол:вода = 1:1).След това таблетките с титанов диоксид се поставят в разтвора, приготвен по-горе, изваждат се след 4 минути и бързо се промиват със смесен разтвор на метанол и вода (метанол:вода=1:1) за 1 минута.След като повърхността изсъхне, таблетките се поставят в муфелна пещ, нагряват се във вакуум при 380 ° С в продължение на 20 минути, охлаждат се до стайна температура и се сушат.Брой цикли 2, 4, 6 и 8.
Наночастици Ag, модифицирани нанокомпозити Ag/NiS/TiO2 чрез фоторедукция12,13.Полученият нанокомпозит Ag/NiS/TiO2 се поставя в необходимия за експеримента разтвор на сребърен нитрат.След това пробите се облъчват с ултравиолетова светлина в продължение на 30 минути, повърхностите им се почистват с дейонизирана вода и чрез естествено сушене се получават нанокомпозити Ag/NiS/TiO2.Описаният по-горе експериментален процес е показан на фигура 1.
Нанокомпозитите Ag/NiS/TiO2 се характеризират главно чрез сканираща електронна микроскопия с полеви емисии (FESEM), енергийно-дисперсионна спектроскопия (EDS), рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) и дифузно отражение в ултравиолетовия и видим диапазон (UV-Vis).FESEM се извършва с помощта на микроскоп Nova NanoSEM 450 (FEI Corporation, САЩ).Ускоряващо напрежение 1 kV, размер на петна 2,0.Устройството използва CBS сонда за получаване на вторични и обратно разпръснати електрони за топографски анализ.EMF беше извършено с помощта на Oxford X-Max N50 EMF система (Oxford Instruments Technology Co., Ltd.) с ускоряващо напрежение от 15 kV и размер на петното 3.0.Качествен и количествен анализ с помощта на характеристични рентгенови лъчи.Рентгеновата фотоелектронна спектроскопия се извършва на спектрометър Escalab 250Xi (Thermo Fisher Scientific Corporation, САЩ), работещ в режим на фиксирана енергия с мощност на възбуждане от 150 W и монохроматично Al Kα лъчение (1486.6 eV) като източник на възбуждане.Пълен обхват на сканиране 0–1600 eV, обща енергия 50 eV, ширина на стъпката 1.0 eV и нечист въглерод (~ 284.8 eV) бяха използвани като референции за корекция на заряда на свързващата енергия.Енергията на пропускане за тясно сканиране беше 20 eV със стъпка от 0, 05 eV.Спектроскопията на дифузно отражение в UV-видимата област се извършва на спектрометър Cary 5000 (Varian, САЩ) със стандартна плоча с бариев сулфат в диапазона на сканиране от 10–80 °.
В тази работа съставът (тегловен процент) на неръждаема стомана 304 е 0,08 C, 1,86 Mn, 0,72 Si, 0,035 P, 0,029 s, 18,25 Cr, 8,5 Ni, а останалото е Fe.10 mm x 10 mm x 10 mm 304 неръждаема стомана, епоксидна смола с 1 cm2 открита повърхност.Повърхността му се шлайфа с 2400 песъчинки от силициев карбид и се измива с етанол.След това неръждаемата стомана се обработва с ултразвук в дейонизирана вода за 5 минути и след това се съхранява в пещ.
В експеримента OCP неръждаема стомана 304 и фотоанод Ag/NiS/TiO2 бяха поставени съответно в корозионна клетка и фотоанодна клетка (фиг. 2).Корозионната клетка се напълва с 3,5% разтвор на NaCl и 0,25 М Na2SO3 се излива във фотоанодната клетка като капан за дупки.Двата електролита се отделят от сместа с помощта на нафтолова мембрана.OCP се измерва на електрохимична работна станция (P4000+, САЩ).Референтният електрод беше наситен каломелов електрод (SCE).Източник на светлина (ксенонова лампа, PLS-SXE300C, Poisson Technologies Co., Ltd.) и отсечена плоча 420 бяха поставени на изхода на източника на светлина, позволявайки на видимата светлина да премине през кварцовото стъкло към фотоанода.Електродът от неръждаема стомана 304 е свързан към фотоанода с медна жица.Преди експеримента електродът от неръждаема стомана 304 се накисва в 3, 5% разтвор на NaCl за 2 часа, за да се осигури стабилно състояние.В началото на експеримента, когато светлината се включва и изключва, възбудените електрони на фотоанода достигат повърхността на неръждаема стомана 304 през жицата.
При експерименти върху плътността на фототока фотоаноди 304SS и Ag/NiS/TiO2 бяха поставени съответно в корозионни клетки и фотоанодни клетки (фиг. 3).Плътността на фототока беше измерена на същата настройка като OCP.За да се получи действителната плътност на фототока между неръждаема стомана 304 и фотоанода, беше използван потенциостат като амперметър с нулево съпротивление за свързване на неръждаема стомана 304 и фотоанода при неполяризирани условия.За да направите това, референтният и противоположният електрод в експерименталната настройка бяха съединени накъсо, така че електрохимичната работна станция работеше като амперметър с нулево съпротивление, който можеше да измерва истинската плътност на тока.Електродът от неръждаема стомана 304 е свързан към земята на електрохимичната работна станция, а фотоанодът е свързан към скобата на работния електрод.В началото на експеримента, когато светлината се включва и изключва, възбудените електрони на фотоанода през жицата достигат повърхността на неръждаема стомана 304.По това време може да се наблюдава промяна в плътността на фототока върху повърхността на неръждаема стомана 304.
За изследване на ефективността на катодната защита на нанокомпозитите върху неръждаема стомана 304 бяха тествани промените във фотойонизационния потенциал на неръждаема стомана 304 и нанокомпозитите, както и промените в плътността на фотойонизационния ток между нанокомпозитите и неръждаемата стомана 304.
На фиг.4 показва промени в потенциала на отворена верига на неръждаема стомана 304 и нанокомпозити при облъчване с видима светлина и при тъмни условия.На фиг.4а показва влиянието на времето за отлагане на NiS чрез потапяне върху потенциала на отворена верига, а фиг.4b показва ефекта на концентрацията на сребърен нитрат върху потенциала на отворена верига по време на фоторедукция.На фиг.4а показва, че потенциалът на отворена верига на нанокомпозита NiS/TiO2, свързан с неръждаема стомана 304, е значително намален в момента, в който лампата е включена в сравнение с композита на никелов сулфид.В допълнение, потенциалът на отворената верига е по-отрицателен от този на чистите TiO2 нанопроводници, което показва, че композитът от никелов сулфид генерира повече електрони и подобрява защитния ефект на фотокатода от TiO2.Въпреки това, в края на експозицията, потенциалът на празен ход нараства бързо до потенциала на празен ход на неръждаемата стомана, което показва, че никеловият сулфид няма ефект на съхранение на енергия.Ефектът от броя на циклите на отлагане чрез потапяне върху потенциала на отворената верига може да се наблюдава на Фиг. 4а.При време на отлагане 6 екстремният потенциал на нанокомпозита достига -550 mV спрямо наситения каломелов електрод, а потенциалът на нанокомпозита, отложен с фактор 6, е значително по-нисък от този на нанокомпозита при други условия.По този начин нанокомпозитите NiS/TiO2, получени след 6 цикъла на отлагане, осигуряват най-добрата катодна защита за неръждаема стомана 304.
Промени в OCP на електроди от неръждаема стомана 304 с нанокомпозити NiS/TiO2 (a) и нанокомпозити Ag/NiS/TiO2 (b) със и без осветяване (λ > 400 nm).
Както е показано на фиг.4b, потенциалът на отворена верига на нанокомпозитите от неръждаема стомана 304 и Ag/NiS/TiO2 е значително намален при излагане на светлина.След повърхностно отлагане на сребърни наночастици, потенциалът на отворената верига беше значително намален в сравнение с чистите нанонижи от TiO2.Потенциалът на нанокомпозита NiS/TiO2 е по-отрицателен, което показва, че катодният защитен ефект на TiO2 се подобрява значително след отлагането на наночастиците Ag.Потенциалът на отворена верига се увеличи бързо в края на експозицията и в сравнение с наситения каломелов електрод потенциалът на отворена верига може да достигне -580 mV, което е по-ниско от това на неръждаема стомана 304 (-180 mV).Този резултат показва, че нанокомпозитът има забележителен ефект на съхранение на енергия след отлагане на сребърни частици върху повърхността му.На фиг.4b също показва ефекта на концентрацията на сребърен нитрат върху потенциала на отворена верига.При концентрация на сребърен нитрат от 0,1 М, ограничаващият потенциал спрямо наситен каломелов електрод достига -925 mV.След 4 цикъла на нанасяне потенциалът остава на нивото от първото нанасяне, което показва отличната стабилност на нанокомпозита.По този начин, при концентрация на сребърен нитрат от 0,1 М, полученият нанокомпозит Ag/NiS/TiO2 има най-добрия катоден защитен ефект върху 304 неръждаема стомана.
Отлагането на NiS върху повърхността на нанопроводниците от TiO2 постепенно се подобрява с увеличаване на времето за отлагане на NiS.Когато видимата светлина удари повърхността на нанопровода, повече активни места на никелов сулфид се възбуждат да генерират електрони и фотойонизационният потенциал намалява още повече.Въпреки това, когато наночастиците от никелов сулфид са прекомерно отложени на повърхността, възбуденият никелов сулфид вместо това се намалява, което не допринася за абсорбцията на светлина.След като сребърните частици се отложат на повърхността, поради ефекта на повърхностния плазмонен резонанс на сребърните частици, генерираните електрони бързо ще бъдат прехвърлени към повърхността на неръждаема стомана 304, което води до отличен ефект на катодна защита.Когато твърде много сребърни частици се отлагат на повърхността, сребърните частици се превръщат в точка на рекомбинация за фотоелектрони и дупки, което не допринася за генерирането на фотоелектрони.В заключение, нанокомпозитите Ag/NiS/TiO2 могат да осигурят най-добрата катодна защита за неръждаема стомана 304 след 6-кратно отлагане на никелов сулфид под 0,1 М сребърен нитрат.
Стойността на плътността на фототока представлява силата на разделяне на фотогенерираните електрони и дупки и колкото по-голяма е плътността на фототока, толкова по-силна е силата на разделяне на фотогенерираните електрони и дупки.Има много проучвания, които показват, че NiS се използва широко в синтеза на фотокаталитични материали за подобряване на фотоелектричните свойства на материалите и за разделяне на дупки 15,16,17,18,19,20.Чен и др.изследва графен без благороден метал и g-C3N4 композити, модифицирани съвместно с NiS15.Максималният интензитет на фототока на модифицирания g-C3N4/0.25%RGO/3%NiS е 0.018 μA/cm2.Чен и др.изследва CdSe-NiS с плътност на фототока от около 10 µA/cm2.16.Liu и др.синтезира CdS@NiS композит с плътност на фототока от 15 µA/cm218.Все още обаче не е докладвано използването на NiS за фотокатодна защита.В нашето изследване плътността на фототока на TiO2 беше значително увеличена чрез модификацията на NiS.На фиг.5 показва промените в плътността на фототока на неръждаема стомана 304 и нанокомпозити при условия на видима светлина и без осветяване.Както е показано на фиг.5а, плътността на фототока на нанокомпозита NiS/TiO2 се увеличава бързо в момента, в който светлината е включена, а плътността на фототока е положителна, което показва потока на електрони от нанокомпозита към повърхността през електрохимичната работна станция.304 неръждаема стомана.След приготвянето на композити от никелов сулфид, плътността на фототока е по-голяма от тази на чистите TiO2 нанопроводници.Плътността на фототока на NiS достига 220 μA/cm2, което е 6,8 пъти по-високо от това на TiO2 нанопроводниците (32 μA/cm2), когато NiS се потапя и отлага 6 пъти.Както е показано на фиг.5b, плътността на фототока между нанокомпозита Ag/NiS/TiO2 и неръждаема стомана 304 е значително по-висока, отколкото между чистия TiO2 и нанокомпозита NiS/TiO2, когато е включен под ксенонова лампа.На фиг.Фигура 5b също показва ефекта на концентрацията на AgNO върху плътността на фототока по време на фоторедукция.При концентрация на сребърен нитрат от 0,1 M, неговата плътност на фототока достига 410 μA/cm2, което е 12,8 пъти по-високо от това на TiO2 нанопроводниците (32 μA/cm2) и 1,8 пъти по-високо от това на NiS/TiO2 нанокомпозитите.В нанокомпозитния интерфейс Ag/NiS/TiO2 се формира хетеропреходно електрическо поле, което улеснява отделянето на фотогенерирани електрони от дупки.
Промени в плътността на фототока на електрод от неръждаема стомана 304 с (a) нанокомпозит NiS/TiO2 и (b) нанокомпозит Ag/NiS/TiO2 със и без осветяване (λ > 400 nm).
По този начин, след 6 цикъла на потапяне-отлагане на никелов сулфид в 0,1 М концентриран сребърен нитрат, плътността на фототока между нанокомпозитите Ag/NiS/TiO2 и 304 неръждаема стомана достига 410 μA/cm2, което е по-високо от това на наситения каломел.електроди достига -925 mV.При тези условия неръждаемата стомана 304, комбинирана с Ag/NiS/TiO2, може да осигури най-добрата катодна защита.
На фиг.6 показва изображения с повърхностен електронен микроскоп на нанонижи от чист титанов диоксид, композитни наночастици от никелов сулфид и сребърни наночастици при оптимални условия.На фиг.6a, d показват чисти нанопроводници от TiO2, получени чрез едноетапна анодизация.Повърхностното разпределение на нанопроводниците от титанов диоксид е равномерно, структурите на нанопроводниците са близки една до друга и разпределението на размера на порите е равномерно.Фигури 6b и e са електронни микрографии на титанов диоксид след 6-кратно импрегниране и отлагане на композити от никелов сулфид.От електронно микроскопско изображение, увеличено 200 000 пъти на Фиг. 6e, може да се види, че композитните наночастици от никелов сулфид са относително хомогенни и имат голям размер на частиците от около 100–120 nm в диаметър.Някои наночастици могат да се наблюдават в пространственото положение на нанопроводниците, а нанопроводниците от титанов диоксид са ясно видими.На фиг.6c, f показват електронномикроскопични изображения на нанокомпозити NiS/TiO2 при концентрация на AgNO от 0,1 М. В сравнение с Фиг.6b и фиг.6e, фиг.6с и фиг.6f показват, че наночастиците Ag се отлагат върху повърхността на композитния материал, като наночастиците Ag са равномерно разпределени с диаметър около 10 nm.На фиг.7 показва напречно сечение на Ag/NiS/TiO2 нанофилми, подложени на 6 цикъла на отлагане с потапяне на NiS при концентрация на AgNO3 от 0,1 М. От изображения с голямо увеличение, измерената дебелина на филма е 240-270 nm.По този начин наночастиците от никел и сребърен сулфид се сглобяват върху повърхността на нанопроводниците от TiO2.
Чист TiO2 (a, d), нанокомпозити NiS/TiO2 с 6 цикъла на отлагане на потапяне на NiS (b, e) и Ag/NiS/NiS с 6 цикъла на отлагане на потапяне на NiS при 0,1 M AgNO3 SEM изображения на нанокомпозити от TiO2 (c, e).
Напречно сечение на нанофилми Ag/NiS/TiO2, подложени на 6 цикъла на отлагане с потапяне на NiS при концентрация на AgNO3 от 0,1 М.
На фиг.8 показва повърхностното разпределение на елементите върху повърхността на нанокомпозитите Ag/NiS/TiO2, получени от 6 цикъла на отлагане на никелов сулфид при концентрация на сребърен нитрат от 0,1 М. Повърхностното разпределение на елементите показва, че са открити Ti, O, Ni, S и Ag.с помощта на енергийна спектроскопия.По отношение на съдържанието Ti и O са най-често срещаните елементи в разпространението, докато Ni и S са приблизително еднакви, но съдържанието им е много по-ниско от Ag.Може също да се докаже, че количеството повърхностни композитни сребърни наночастици е по-голямо от това на никелов сулфид.Равномерното разпределение на елементите по повърхността показва, че никелът и сребърният сулфид са равномерно свързани по повърхността на нанопроводниците от TiO2.Допълнително е извършен рентгенов фотоелектронен спектроскопски анализ за анализ на специфичния състав и състояние на свързване на веществата.
Разпределение на елементи (Ti, O, Ni, S и Ag) на нанокомпозити Ag/NiS/TiO2 при концентрация на AgNO3 от 0,1 M за 6 цикъла на отлагане на NiS потапяне.
На фиг.Фигура 9 показва XPS спектрите на нанокомпозитите Ag/NiS/TiO2, получени с помощта на 6 цикъла на отлагане на никелов сулфид чрез потапяне в 0,1 M AgNO3, където фиг.9а е пълният спектър, а останалите спектри са спектри с висока разделителна способност на елементите.Както може да се види от пълния спектър на фиг. 9а, в нанокомпозита са открити пикове на абсорбция на Ti, O, Ni, S и Ag, което доказва съществуването на тези пет елемента.Резултатите от теста бяха в съответствие с EDS.Излишният пик на Фигура 9а е въглеродният пик, използван за коригиране на енергията на свързване на пробата.На фиг.9b показва енергиен спектър с висока разделителна способност на Ti.Пиковете на абсорбция на 2p орбиталите са разположени при 459,32 и 465 eV, които съответстват на абсорбцията на Ti 2p3/2 и Ti 2p1/2 орбиталите.Два пика на абсорбция доказват, че титанът има Ti4+ валентност, която съответства на Ti в TiO2.
XPS спектри на Ag/NiS/TiO2 измервания (a) и XPS спектри с висока разделителна способност на Ti2p(b), O1s(c), Ni2p(d), S2p(e) и Ag 3d(f).
На фиг.9d показва Ni енергиен спектър с висока разделителна способност с четири абсорбционни пика за Ni 2p орбитала.Пиковете на абсорбция при 856 и 873.5 eV съответстват на орбиталите Ni 2p3/2 и Ni 2p1/2 8.10, където пиковете на абсорбция принадлежат на NiS.Пиковете на абсорбция при 881 и 863 eV са за никелов нитрат и са причинени от реагента на никелов нитрат по време на подготовката на пробата.На фиг.9е показва S-спектър с висока разделителна способност.Абсорбционните пикове на S 2p орбиталите са разположени при 161,5 и 168,1 eV, които съответстват на S 2p3/2 и S 2p1/2 орбиталите 21, 22, 23, 24. Тези два пика принадлежат на никелови сулфидни съединения.Пиковете на абсорбция при 169,2 и 163,4 eV са за реагента натриев сулфид.На фиг.9f показва Ag спектър с висока разделителна способност, в който 3d орбиталните абсорбционни пикове на среброто са разположени съответно при 368,2 и 374,5 eV, а два абсорбционни пика съответстват на абсорбционните орбити на Ag 3d5/2 и Ag 3d3/212, 13. Пиковете в тези две места доказват, че сребърните наночастици съществуват в състояние на елементарно сребро ver.По този начин нанокомпозитите се състоят главно от Ag, NiS и TiO2, което беше определено чрез рентгенова фотоелектронна спектроскопия, която доказа, че наночастиците от никел и сребърен сулфид са успешно комбинирани на повърхността на нанониците от TiO2.
На фиг.10 показва UV-VIS спектри на дифузно отражение на прясно приготвени TiO2 нанонижи, NiS/TiO2 нанокомпозити и Ag/NiS/TiO2 нанокомпозити.От фигурата може да се види, че прагът на абсорбция на нанопроводниците от TiO2 е около 390 nm, а абсорбираната светлина е концентрирана главно в ултравиолетовата област.Може да се види от фигурата, че след комбинацията от наночастици от никел и сребърен сулфид върху повърхността на нанонижи от титанов диоксид 21, 22, абсорбираната светлина се разпространява в областта на видимата светлина.В същото време нанокомпозитът има повишена UV абсорбция, което е свързано с тясна забранена лента на никелов сулфид.Колкото по-тясна е забранената лента, толкова по-ниска е енергийната бариера за електронни преходи и толкова по-висока е степента на използване на светлината.След смесване на повърхността NiS/TiO2 със сребърни наночастици, интензитетът на абсорбция и дължината на светлинната вълна не се увеличават значително, главно поради ефекта на плазмонния резонанс върху повърхността на сребърните наночастици.Дължината на вълната на абсорбция на нанопроводниците от TiO2 не се подобрява значително в сравнение с тясната забранена лента на композитните наночастици NiS.В обобщение, след композитен никелов сулфид и сребърни наночастици на повърхността на нанопроводниците от титанов диоксид, неговите характеристики на абсорбция на светлина са значително подобрени и диапазонът на абсорбция на светлина се разширява от ултравиолетова до видима светлина, което подобрява степента на използване на нанопроводниците от титанов диоксид.светлина, която подобрява способността на материала да генерира фотоелектрони.
UV/Vis спектри на дифузно отражение на свежи TiO2 нанонижи, NiS/TiO2 нанокомпозити и Ag/NiS/TiO2 нанокомпозити.
На фиг.11 показва механизма на фотохимична устойчивост на корозия на нанокомпозитите Ag/NiS/TiO2 при облъчване с видима светлина.Въз основа на потенциалното разпределение на сребърни наночастици, никелов сулфид и лентата на проводимост на титанов диоксид е предложена възможна карта на механизма на устойчивост на корозия.Тъй като потенциалът на лентата на проводимост на наносреброто е отрицателен в сравнение с никеловия сулфид, а потенциалът на лентата на проводимост на никеловия сулфид е отрицателен в сравнение с титановия диоксид, посоката на електронния поток е приблизително Ag→NiS→TiO2→304 неръждаема стомана.Когато светлината се облъчва върху повърхността на нанокомпозита, поради ефекта на повърхностния плазмонен резонанс на наносреброто, наносреброто може бързо да генерира фотогенерирани дупки и електрони, а фотогенерираните електрони бързо се преместват от позицията на валентната лента към позицията на лентата на проводимост поради възбуждане.Титанов диоксид и никелов сулфид.Тъй като проводимостта на сребърните наночастици е по-отрицателна от тази на никеловия сулфид, електроните в TS на сребърните наночастици бързо се превръщат в TS на никелов сулфид.Потенциалът на проводимост на никеловия сулфид е по-отрицателен от този на титановия диоксид, така че електроните на никеловия сулфид и проводимостта на среброто бързо се натрупват в CB на титановия диоксид.Генерираните фотогенерирани електрони достигат до повърхността на неръждаема стомана 304 през титановата матрица, а обогатените електрони участват в процеса на катодна редукция на кислорода на неръждаема стомана 304.Този процес намалява катодната реакция и в същото време потиска реакцията на анодно разтваряне на неръждаема стомана 304, като по този начин реализира катодната защита на неръждаема стомана 304. Поради образуването на електрическото поле на хетеропрехода в нанокомпозита Ag/NiS/TiO2, проводящият потенциал на нанокомпозита се измества в по-отрицателна позиция, което по-ефективно подобрява катодния защитен ефект на 304 неръждаема стомана.
Схематична диаграма на фотоелектрохимичния антикорозионен процес на нанокомпозити Ag/NiS/TiO2 във видима светлина.
В тази работа наночастиците от никел и сребърен сулфид са синтезирани върху повърхността на нанонишки от TiO2 чрез прост метод на потапяне и фоторедукция.Проведена е поредица от изследвания върху катодната защита на нанокомпозитите Ag/NiS/TiO2 върху неръждаема стомана 304.Въз основа на морфологичните характеристики, анализа на състава и анализа на светлоабсорбционните характеристики са направени следните основни изводи:
С редица цикли на импрегниране-отлагане на никелов сулфид от 6 и концентрация на сребърен нитрат за фоторедукция от 0,1 mol/l, получените нанокомпозити Ag/NiS/TiO2 имат по-добър катоден защитен ефект върху 304 неръждаема стомана.В сравнение с наситен каломелов електрод, защитният потенциал достига -925 mV, а защитният ток достига 410 μA/cm2.
В нанокомпозитния интерфейс Ag/NiS/TiO2 се формира хетеропреходно електрическо поле, което подобрява силата на разделяне на фотогенерирани електрони и дупки.В същото време ефективността на използване на светлината се увеличава и обхватът на поглъщане на светлина се разширява от ултравиолетовата до видимата област.Нанокомпозитът все още ще запази първоначалното си състояние с добра стабилност след 4 цикъла.
Експериментално приготвените нанокомпозити Ag/NiS/TiO2 имат равномерна и плътна повърхност.Никеловият сулфид и наночастиците от сребро са равномерно смесени върху повърхността на нанопроводниците от TiO2.Композитният кобалтов ферит и наночастиците от сребро са с висока чистота.
Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Фотокатоден защитен ефект на TiO2 филми за въглеродна стомана в 3% разтвори на NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Фотокатоден защитен ефект на TiO2 филми за въглеродна стомана в 3% разтвори на NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Ефект на фотокатодната защита на TiO2 за углеродиста сталь в 3% разтвор на NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Фотокатоден защитен ефект на TiO2 филми за въглеродна стомана в 3% разтвори на NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN TiO2 薄膜在3% NaCl 溶液中对碳钢的光阴极保护效果。 Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN TiO2 薄膜在3% NaCl 溶液中对碳钢的光阴极保护效果。 Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Фотокатодна защита на углеродистой стали с тонки фолиа TiO2 в 3% разтвор на NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Фотокатодна защита на въглеродна стомана с TiO2 тънки филми в 3% разтвор на NaCl.Електрохимия.Acta 50, 3401–3406 (2005).
Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG Фотогенерирана катодна защита на подобен на цвете, наноструктуриран, N-легиран TiO2 филм върху неръждаема стомана. Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG Фотогенерирана катодна защита на подобен на цвете, наноструктуриран, N-легиран TiO2 филм върху неръждаема стомана.Lee, J., Lin, SJ, Lai, YK и Du, RG Фотогенерирана катодна защита на наноструктуриран, легиран с азот TiO2 филм под формата на цвете върху неръждаема стомана. Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG 花状纳米结构N 掺杂TiO2 薄膜在不锈钢上的光生阴极保护。 Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG.Lee, J., Lin, SJ, Lai, YK и Du, RG Фотогенерирана катодна защита на наноструктурирани тънки филми с форма на цветя TiO2, легирани с азот, върху неръждаема стомана.сърфиране Палто.технология 205, 557–564 (2010).
Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. Фотогенерирани катодни защитни свойства на наноразмерно TiO2/WO3 покритие. Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. Фотогенерирани катодни защитни свойства на наноразмерно TiO2/WO3 покритие.Zhou, MJ, Zeng, ZO и Zhong, L. Фотогенерирани катодни защитни свойства на TiO2/WO3 наноразмерно покритие. Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. 纳米TiO2/WO3 涂层的光生阴极保护性能。 Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. 纳米TiO2/WO3 涂层的光生阴极保护性能。Zhou MJ, Zeng ZO и Zhong L. Фотогенерирани катодни защитни свойства на нано-TiO2/WO3 покрития.корос.науката.51, 1386–1397 (2009).
Park, H., Kim, KY & Choi, W. Фотоелектрохимичен подход за предотвратяване на метална корозия с помощта на полупроводников фотоанод. Park, H., Kim, KY & Choi, W. Фотоелектрохимичен подход за предотвратяване на метална корозия с помощта на полупроводников фотоанод.Парк, Х., Ким, К.Ю.и Choi, V. Фотоелектрохимичен подход за предотвратяване на метална корозия с помощта на полупроводников фотоанод. Park, H., Kim, KY & Choi, W. 使用半导体光阳极防止金属腐蚀的光电化学方法。 Парк, Х., Ким, Кей и Чой, У.Парк Х., Ким К.Ю.и Choi V. Фотоелектрохимични методи за предотвратяване на корозия на метали с помощта на полупроводникови фотоаноди.J. Физика.химически.V. 106, 4775–4781 (2002).
Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Изследване на хидрофобно нано-TiO2 покритие и неговите свойства за защита от корозия на метали. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Изследване на хидрофобно нано-TiO2 покритие и неговите свойства за защита от корозия на метали. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Изследване на хидрофобното покритие от нано-TiO2 и неговото свойство за защита на металите от корозия. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Изследване на хидрофобно нано-TiO2 покритие и неговите свойства за защита от корозия на метали. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. 疏水纳米二氧化钛涂层及其金属腐蚀防护性能的研究。 Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Изследване на 疵水 покритие от нано-титанов диоксид и неговите свойства за защита от метална корозия. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Хидрофобни покрития от нано-TiO2 и техните свойства за защита на металите от корозия. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Хидрофобни покрития от нано-TiO2 и техните свойства за защита от корозия за метали.Електрохимия.Acta 50, 5083–5089 (2005).
Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Проучване на N, S и Cl-модифицираните нано-TiO2 покрития за защита от корозия на неръждаема стомана. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Проучване на N, S и Cl-модифицираните нано-TiO2 покрития за защита от корозия на неръждаема стомана.Yun, H., Li, J., Chen, HB и Lin, SJ Изследване на нано-TiO2 покрития, модифицирани с азот, сяра и хлор за защита от корозия на неръждаема стомана. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ N、S 和Cl 改性纳米二氧化钛涂层用于不锈钢腐蚀防护的研究。 Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ N、S和Cl Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Покрития N, S и Cl, модифициран нано-TiO2, за защита от корозия на нержавещата сталь. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Нано-TiO2 модифицирани N, S и Cl покрития за защита от корозия на неръждаема стомана.Електрохимия.Том 52, 6679–6685 (2007).
Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Фотокатодни защитни свойства на триизмерни титанатни нанопроводникови мрежови филми, приготвени чрез комбиниран зол-гел и хидротермален метод. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Фотокатодни защитни свойства на триизмерни титанатни нанопроводникови мрежови филми, приготвени чрез комбиниран зол-гел и хидротермален метод. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Фотокатодни защитни свойства на тримерни сетчати пленоки от титанатни нановолокна, приготвени комбиниран зол-гел и хидротермичен метод. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Фотокатодни защитни свойства на триизмерни мрежести филми от титанатни нанопроводници, получени чрез комбиниран зол-гел и хидротермален метод. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ 溶胶-凝胶和水热法制备三维钛酸盐纳米线网络薄膜的光阴极保护性能。 Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ.Защитните свойства на 消铺-铲和水热法发气小水小水化用线线电视电器电影电影电影电影电影. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Фотокатодни защитни свойства на тримерни тонки пленоки от сетки нанопроволоки от титаната, приготвени зол-гел и хидротермични методи. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Фотокатодни защитни свойства на триизмерни тънки филми от мрежа от нанопроводници от титанат, получени чрез зол-гел и хидротермални методи.Електрохимия.съобщават 12, 1626–1629 (2010).
Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. Фотокаталитична система с pn хетеропреход NiS-сенсибилизирана TiO2 за ефективна фоторедукция на въглероден диоксид до метан. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. Фотокаталитична система с pn хетеропреход NiS-сенсибилизирана TiO2 за ефективна фоторедукция на въглероден диоксид до метан.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM и Kang, M. pn-хетеропреход NiS сенсибилизирана TiO2 фотокаталитична система за ефективна фоторедукция на въглероден диоксид до метан. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. 一种pn 异质结NiS 敏化TiO2 光催化系统，用于将二氧化碳高效光还原为甲烷。 Лий, Дж. Х., Ким, С. И., Парк, С. М. и Канг, М.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM и Kang, M. pn-хетеропреход NiS сенсибилизирана TiO2 фотокаталитична система за ефективна фоторедукция на въглероден диоксид до метан.керамика.Интерпретация.43, 1768–1774 (2017).
Wang, QZ и др.CuS и NiS действат като кокатализатори за подобряване на фотокаталитичното отделяне на водород върху TiO2.Интерпретация.J.Hydro.Енергия 39, 13421–13428 (2014).
Liu, Y. & Tang, C. Подобряване на фотокаталитичното отделяне на H2 върху TiO2 нанолистови филми чрез повърхностно натоварване на NiS наночастици. Liu, Y. & Tang, C. Подобряване на фотокаталитичното отделяне на H2 върху TiO2 нанолистови филми чрез повърхностно натоварване на NiS наночастици.Liu, Y. и Tang, K. Подобряване на фотокаталитичното освобождаване на H2 в TiO2 нанолистови филми чрез повърхностно натоварване на NiS наночастици. Liu, Y. & Tang, C. 通过表面负载NiS 纳米颗粒增强TiO2 纳米片薄膜上的光催化产氢。 Liu, Y. & Tang, C.Liu, Y. и Tang, K. Подобрено фотокаталитично производство на водород върху тънки филми от нанолистове TiO2 чрез отлагане на наночастици NiS върху повърхността.лас.J. Физика.химически.A 90, 1042–1048 (2016).
Huang, XW & Liu, ZJ Сравнително изследване на структурата и свойствата на базирани на Ti–O нанопроводникови филми, получени чрез методи на анодизиране и химическо окисление. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнително изследване на структурата и свойствата на базирани на Ti–O нанопроводникови филми, получени чрез методи на анодизиране и химическо окисление. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнително изследване на структурата и свойствата на пленочните нанопроводи на основата на Ti-O, получени с методи на анодиране и химическо окисляване. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнително изследване на структурата и свойствата на Ti-O нанотелни филми, получени чрез методи на анодизиране и химическо окисление. Huang, XW & Liu, ZJ 阳极氧化法和化学氧化法制备的Ti-O 基纳米线薄膜结构和性能的比较研究。 Huang, XW & Liu, ZJ 阳极oxidation法和chemicaloxidation法preparation的Ti-O基基基小线структура на тънък слой和свойства的сравнително изследване. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнително изследване на структурата и свойствата на тонкия пленок от нанопроволоки на основата на Ti-O, получено с анодиране и химическо окисляване. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнително изследване на структурата и свойствата на тънки филми от нанотел Ti-O, получени чрез анодизиране и химическо окисляване.J. Алма матер.научна технология 30, 878–883 (2014).
Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag и SnO2 съвместно сенсибилизирани TiO2 фотоаноди за защита на 304SS под видима светлина. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag и SnO2 съвместно сенсибилизирани TiO2 фотоаноди за защита на 304SS под видима светлина. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag и SnO2 съвместно сенсибилизираха фотоаноди TiO2 за защита на 304SS във видимия свят. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag и SnO2 косенсибилизирани TiO2 фотоаноди за защита на 304SS във видима светлина. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag 和SnO2 共敏化TiO2 光阳极，用于在可见光下保护304SS。 Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Фотоанод TiO2, едновременно сенсибилизиран Ag и SnO2, за защита на 304SS във видим свят. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Фотоанод от TiO2, съвместно сенсибилизиран с Ag и SnO2 за екраниране на видимата светлина от 304SS.корос.науката.82, 145–153 (2014).
Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag и CoFe2O4 съвместно чувствителни TiO2 нанопроводници за фотокатодна защита на 304 SS под видима светлина. Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag и CoFe2O4 съвместно чувствителни TiO2 нанопроводници за фотокатодна защита на 304 SS под видима светлина.Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. и Howe, BR Ag и CoFe2O4, ко-сенсибилизирани с TiO2 наножица за защита на фотокатода от 304 SS във видима светлина. Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag 和CoFe2O4 共敏化TiO2 纳米线，用于在可见光下对304 SS 进行光阴极保护。 Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR AgWen, ZH, Wang, N., Wang, J. и Howe, BR Ag и CoFe2O4 косенсибилизирани TiO2 нанопроводници за 304 SS фотокатодна защита във видима светлина.Интерпретация.J. Електрохимия.науката.13, 752–761 (2018).
Bu, YY & Ao, JP Преглед на тънки филми за фотоелектрохимична катодна защита на полупроводници за метали. Bu, YY & Ao, JP Преглед на фотоелектрохимичната катодна защита на тънки слоеве на полупроводници за метали. Bu, YY & Ao, JP Обзор на фотоелектрохимическата катодна защита на тонките полупроводникови пленки за метали. Bu, YY & Ao, JP Преглед на фотоелектрохимичната катодна защита на полупроводникови тънки филми за метали. Bu, YY & Ao, JP 金属光电化学阴极保护半导体薄膜综述。 Bu, YY & Ao, JP метализация 光电视光阴极电影电影电影电视设计。 Bu, YY & Ao, JP Обзор на металната фотоелектрохимическа катодна защита на тонките полупроводникови пленки. Bu, YY & Ao, JP Преглед на метална фотоелектрохимична катодна защита на тънки полупроводникови филми.Среда със зелена енергия.2, 331–362 (2017).