Grazas por visitar Nature.com.A versión do navegador que estás a usar ten soporte CSS limitado.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Mentres tanto, para garantir a asistencia continua, renderizaremos o sitio sen estilos e JavaScript.
O TiO2 é un material semicondutor usado para a conversión fotoeléctrica.Para mellorar o seu uso da luz, sintetizáronse nanopartículas de níquel e sulfuro de prata na superficie dos nanocables de TiO2 mediante un simple método de inmersión e fotoredución.Realizáronse unha serie de estudos da acción protectora catódica dos nanocompostos Ag/NiS/TiO2 sobre aceiro inoxidable 304, e complementáronse as características de morfoloxía, composición e absorción de luz dos materiais.Os resultados mostran que os nanocompostos Ag/NiS/TiO2 preparados poden proporcionar a mellor protección catódica para o aceiro inoxidable 304 cando o número de ciclos de impregnación e precipitación de sulfuro de níquel é de 6 e a concentración de fotoredución de nitrato de prata é de 0,1 M.
A aplicación de semicondutores de tipo n para a protección de fotocátodos mediante a luz solar converteuse nun tema candente nos últimos anos.Cando son excitados pola luz solar, os electróns da banda de valencia (VB) dun material semicondutor serán excitados na banda de condución (CB) para xerar electróns fotoxerados.Se o potencial da banda de condución do semicondutor ou do nanocomposto é máis negativo que o potencial de autograbado do metal unido, estes electróns fotoxerados transferiranse á superficie do metal unido.A acumulación de electróns levará á polarización catódica do metal e proporcionará protección catódica do metal asociado1,2,3,4,5,6,7.O material semicondutor considérase teoricamente un fotoánodo non sacrificial, xa que a reacción anódica non degrada o propio material semicondutor, senón a oxidación da auga a través de buratos fotoxerados ou contaminantes orgánicos adsorbidos, ou a presenza de colectores para atrapar os buracos fotoxerados.O máis importante é que o material semicondutor debe ter un potencial CB que sexa máis negativo que o potencial de corrosión do metal protexido.Só entón os electróns fotoxerados poden pasar da banda de condución do semicondutor ao metal protexido. Os estudos de resistencia á corrosión fotoquímica centráronse en materiais semicondutores inorgánicos de tipo n con bandas lacunas amplas (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, que só responden á luz ultravioleta (< 400 nm), reducindo a dispoñibilidade de luz. Os estudos de resistencia á corrosión fotoquímica centráronse en materiais semicondutores inorgánicos de tipo n con bandas lacunas amplas (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, que só responden á luz ultravioleta (< 400 nm), reducindo a dispoñibilidade de luz. Исследования стойкости к фотохимической коррозии были сосредоточены на неорганичестодической коррозии лах n-типа с широкой запрещенной зоной (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, которые реагируют толтаруфи толторуфи зоной чение (< 400 нм), уменьшение доступности света. A investigación sobre a resistencia á corrosión fotoquímica centrouse en materiais semicondutores inorgánicos de tipo n cunha ampla distancia de banda (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7 que só responden á radiación ultravioleta (< 400 nm), reducindo a dispoñibilidade de luz.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 型带隙些材料仅对紫外光（< 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, 6, 4, 7, 6, 4, 7 机型 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 有 有 有 有 有 有 有响应，减少光的可用性. Исследования стойкости к фотохимической коррозии в основном были сосредоточены на на неорговном ых материалах n-типа с широкой запрещенной зоной (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, которые чутлустви чутлустви зоной чению (<400 нм). A investigación sobre a resistencia á corrosión fotoquímica centrouse principalmente en materiais semicondutores inorgánicos de tipo n de ancho de banda (3,0–3,2 EV) 1,2,3,4,5,6,7 que só son sensibles á radiación UV.(<400 nm).Como resposta, a dispoñibilidade de luz diminúe.
No campo da protección contra a corrosión mariña, a tecnoloxía de protección catódica fotoelectroquímica xoga un papel fundamental.O TiO2 é un material semicondutor con excelente absorción de luz UV e propiedades fotocatalíticas.Non obstante, debido á baixa taxa de uso da luz, os buratos de electróns fotoxerados recombinanse facilmente e non poden ser protexidos en condicións escuras.Necesítanse máis investigacións para atopar unha solución razoable e viable.Informouse de que moitos métodos de modificación da superficie poden ser usados ​​para mellorar a fotosensibilidade do TiO2, como dopaxe con Fe, N e mestura con Ni3S2, Bi2Se3, CdTe, etc. Polo tanto, o composto de TiO2 con materiais con alta eficiencia de conversión fotoeléctrica é amplamente utilizado no campo da protección catódica fotoxerada..
O sulfuro de níquel é un material semicondutor cunha banda estreita de só 1,24 eV8.9.Canto máis estreita sexa a brecha da banda, máis forte será o uso da luz.Despois de que o sulfuro de níquel se mestura coa superficie de dióxido de titanio, pódese aumentar o grao de utilización da luz.Combinado co dióxido de titanio, pode mellorar eficazmente a eficiencia de separación de electróns e buratos fotoxerados.O sulfuro de níquel é amplamente utilizado na produción de hidróxeno electrocatalítica, baterías e descomposición de contaminantes8,9,10.Non obstante, aínda non se informou do seu uso na protección de fotocátodos.Neste estudo, escolleuse un material semicondutor de banda estreita para resolver o problema da baixa eficiencia de utilización da luz de TiO2.As nanopartículas de sulfuro de níquel e prata uníronse á superficie dos nanocables de TiO2 mediante métodos de inmersión e fotoredución, respectivamente.O nanocomposto Ag/NiS/TiO2 mellora a eficiencia de utilización da luz e amplía o rango de absorción da luz desde a rexión ultravioleta ata a rexión visible.Mentres tanto, a deposición de nanopartículas de prata dálle ao nanocomposto Ag/NiS/TiO2 unha excelente estabilidade óptica e unha protección catódica estable.
En primeiro lugar, corteuse unha lámina de titanio de 0,1 mm de espesor cunha pureza do 99,9 % a un tamaño de 30 mm × 10 mm para os experimentos.Despois, cada superficie da lámina de titanio foi pulida 100 veces con papel de lixa de grano 2500, e despois lavada sucesivamente con acetona, etanol absoluto e auga destilada.Coloque a placa de titanio nunha mestura de 85 °C (hidróxido de sodio: carbonato de sodio: auga = 5:2:100) durante 90 min, retire e enxágüe con auga destilada.A superficie foi gravada con solución de HF (HF:H2O = 1:5) durante 1 min, despois lavouse alternativamente con acetona, etanol e auga destilada, e finalmente secouse para o seu uso.Os nanocables de dióxido de titanio fabricáronse rapidamente na superficie da lámina de titanio mediante un proceso de anodización dun só paso.Para o anodizado utilízase un sistema tradicional de dous electrodos, o electrodo de traballo é unha folla de titanio e o contraelectrodo é un electrodo de platino.Coloque a placa de titanio en 400 ml de solución de NaOH 2 M con abrazaderas de electrodos.A corrente da fonte de alimentación de CC é estable a uns 1,3 A. A temperatura da solución mantívose a 80 °C durante 180 minutos durante a reacción sistémica.A folla de titanio foi retirada, lavada con acetona e etanol, lavada con auga destilada e seca naturalmente.Despois colocáronse as mostras nun forno de mufla a 450 °C (velocidade de quecemento 5 °C/min), mantíñanse a temperatura constante durante 120 min e colocáronse nunha bandexa de secado.
O composto de sulfuro de níquel e dióxido de titanio obtívose mediante un método sinxelo e sinxelo de deposición por inmersión.En primeiro lugar, disolveuse o nitrato de níquel (0,03 M) en etanol e mantívose baixo axitación magnética durante 20 minutos para obter unha solución de etanol de nitrato de níquel.Despois prepárase sulfuro de sodio (0,03 M) cunha solución mixta de metanol (metanol:auga = 1:1).A continuación, colocáronse as tabletas de dióxido de titanio na solución preparada anteriormente, retiráronse despois de 4 minutos e laváronse rapidamente cunha solución mesturada de metanol e auga (metanol:auga = 1:1) durante 1 minuto.Despois de que a superficie se secara, as tabletas colocáronse nun forno de mufla, quentáronse ao baleiro a 380 ° C durante 20 minutos, arrefriáronse a temperatura ambiente e secábanse.Número de ciclos 2, 4, 6 e 8.
Nanocompostos Ag/NiS/TiO2 modificados por nanopartículas Ag por fotoredución12,13.O nanocomposto Ag/NiS/TiO2 resultante colocouse na solución de nitrato de prata necesaria para o experimento.Despois irradiáronse as mostras con luz ultravioleta durante 30 min, limpáronse as súas superficies con auga desionizada e obtivéronse nanocompostos Ag/NiS/TiO2 por secado natural.O proceso experimental descrito anteriormente móstrase na Figura 1.
Os nanocompostos Ag/NiS/TiO2 caracterizáronse principalmente pola microscopía electrónica de varrido de emisión de campo (FESEM), espectroscopia de dispersión de enerxía (EDS), espectroscopia de fotoelectróns de raios X (XPS) e reflectancia difusa nos rangos ultravioleta e visible (UV-Vis).FESEM realizouse usando un microscopio Nova NanoSEM 450 (FEI Corporation, EUA).Tensión de aceleración 1 kV, tamaño de punto 2,0.O dispositivo usa unha sonda CBS para recibir electróns secundarios e retrodispersados ​​para a análise da topografía.EMF realizouse usando un sistema EMF Oxford X-Max N50 (Oxford Instruments Technology Co., Ltd.) cunha tensión de aceleración de 15 kV e un tamaño de punto de 3,0.Análise cualitativa e cuantitativa mediante raios X característicos.A espectroscopia de fotoelectróns de raios X realizouse nun espectrómetro Escalab 250Xi (Thermo Fisher Scientific Corporation, EUA) que funciona nun modo de enerxía fixa cunha potencia de excitación de 150 W e radiación monocromática Al Kα (1486,6 eV) como fonte de excitación.Utilizáronse como referencias de corrección de carga de enerxía vinculante o intervalo de exploración completo de 0 a 1600 eV, a enerxía total de 50 eV, o ancho de paso de 1,0 eV e o carbono impuro (~284,8 eV).A enerxía de paso para a exploración estreita foi de 20 eV cun paso de 0,05 eV.A espectroscopia de reflectancia difusa na rexión UV-visible realizouse nun espectrómetro Cary 5000 (Varian, EUA) cunha placa estándar de sulfato de bario no rango de exploración de 10-80°.
Neste traballo, a composición (por cento en peso) do aceiro inoxidable 304 é de 0,08 C, 1,86 Mn, 0,72 Si, 0,035 P, 0,029 s, 18,25 Cr, 8,5 Ni e o resto é Fe.10 mm x 10 mm x 10 mm Acero inoxidable 304, envasado con epoxi con 1 cm2 de superficie expuesta.A súa superficie foi lixada con papel de lixa de carburo de silicio de grano 2400 e lavada con etanol.O aceiro inoxidable foi entón sonicado en auga desionizada durante 5 minutos e despois gardouse nun forno.
No experimento OCP, colocáronse aceiro inoxidable 304 e un fotoánodo Ag/NiS/TiO2 nunha célula de corrosión e nunha célula de fotoánodo, respectivamente (Fig. 2).A célula de corrosión encheuse cunha solución de NaCl ao 3,5% e vertiuse 0,25 M de Na2SO3 na célula de fotoánodo como unha trampa de burato.Os dous electrólitos separáronse da mestura mediante unha membrana de naftol.OCP foi medido nunha estación de traballo electroquímica (P4000+, EUA).O electrodo de referencia era un electrodo de calomel saturado (SCE).Na saída da fonte de luz colocáronse unha fonte de luz (lámpada de xenón, PLS-SXE300C, Poisson Technologies Co., Ltd.) e unha placa de corte 420, permitindo que a luz visible atravesase o vidro de cuarzo ata o fotoánodo.O electrodo de aceiro inoxidable 304 está conectado ao fotoanodo cun fío de cobre.Antes do experimento, o electrodo de aceiro inoxidable 304 foi empapado nunha solución de NaCl ao 3,5% durante 2 h para garantir o estado estacionario.Ao comezo do experimento, cando a luz se acende e apaga, os electróns excitados do fotoánodo chegan á superficie do aceiro inoxidable 304 a través do fío.
En experimentos sobre a densidade de fotocorrente, colocáronse fotoanodos 304SS e Ag/NiS/TiO2 en células de corrosión e células de fotoánodo, respectivamente (Fig. 3).A densidade de fotocorrente foi medida na mesma configuración que o OCP.Para obter a densidade de fotocorrente real entre o aceiro inoxidable 304 e o fotoánodo, utilizouse un potenciostato como amperímetro de resistencia cero para conectar o aceiro inoxidable 304 e o fotoánodo en condicións non polarizadas.Para iso, os electrodos de referencia e de contador na configuración experimental foron curtocircuítos, de xeito que a estación de traballo electroquímica funcionaba como un amperímetro de resistencia cero que podía medir a verdadeira densidade de corrente.O electrodo de aceiro inoxidable 304 está conectado á terra da estación de traballo electroquímica e o fotoánodo está conectado á abrazadeira do electrodo de traballo.Ao comezo do experimento, cando se acende e apaga a luz, os electróns excitados do fotoánodo a través do fío chegan á superficie do aceiro inoxidable 304.Neste momento, pódese observar un cambio na densidade da fotocorrente na superficie do aceiro inoxidable 304.
Para estudar o rendemento da protección catódica dos nanocompostos en aceiro inoxidable 304, probáronse os cambios no potencial de fotoionización do aceiro inoxidable 304 e os nanocompostos, así como os cambios na densidade de corrente de fotoionización entre os nanocompostos e os aceiros inoxidables 304.
Sobre a fig.A figura 4 mostra os cambios no potencial de circuíto aberto de aceiro inoxidable 304 e nanocompostos baixo irradiación de luz visible e en condicións escuras.Sobre a fig.A fig. 4a mostra a influencia do tempo de deposición de NiS por inmersión no potencial do circuíto aberto, e a fig.A figura 4b mostra o efecto da concentración de nitrato de prata sobre o potencial de circuíto aberto durante a fotoredución.Sobre a fig.A figura 4a mostra que o potencial de circuíto aberto do nanocomposto NiS/TiO2 unido ao aceiro inoxidable 304 redúcese significativamente no momento en que se acende a lámpada en comparación co composto de sulfuro de níquel.Ademais, o potencial do circuíto aberto é máis negativo que o dos nanofíos de TiO2 puro, o que indica que o composto de sulfuro de níquel xera máis electróns e mellora o efecto de protección do fotocátodo do TiO2.Non obstante, ao final da exposición, o potencial sen carga aumenta rapidamente ata o potencial sen carga do aceiro inoxidable, o que indica que o sulfuro de níquel non ten un efecto de almacenamento de enerxía.O efecto do número de ciclos de deposición de inmersión sobre o potencial de circuíto aberto pódese observar na figura 4a.Nun tempo de deposición de 6, o potencial extremo do nanocomposto alcanza -550 mV en relación ao electrodo de calomel saturado, e o potencial do nanocomposto depositado por un factor de 6 é significativamente menor que o do nanocomposto noutras condicións.Así, os nanocompostos NiS/TiO2 obtidos tras 6 ciclos de deposición proporcionaron a mellor protección catódica para o aceiro inoxidable 304.
Cambios na OCP de electrodos de aceiro inoxidable 304 con nanocompostos NiS/TiO2 (a) e nanocompostos Ag/NiS/TiO2 (b) con e sen iluminación (λ > 400 nm).
Como se mostra na fig.4b, o potencial de circuíto aberto dos nanocompostos de aceiro inoxidable 304 e Ag/NiS/TiO2 reduciuse significativamente cando se expuxeron á luz.Despois da deposición superficial de nanopartículas de prata, o potencial do circuíto aberto reduciuse significativamente en comparación cos nanocables de TiO2 puro.O potencial do nanocomposto NiS/TiO2 é máis negativo, o que indica que o efecto protector catódico do TiO2 mellora significativamente despois de que se depositen nanopartículas de Ag.O potencial do circuíto aberto aumentou rapidamente ao final da exposición e, en comparación co electrodo de calomel saturado, o potencial do circuíto aberto podería alcanzar -580 mV, que era inferior ao do aceiro inoxidable 304 (-180 mV).Este resultado indica que o nanocomposto ten un notable efecto de almacenamento de enerxía despois de que as partículas de prata se depositen na súa superficie.Sobre a fig.4b tamén mostra o efecto da concentración de nitrato de prata sobre o potencial de circuíto aberto.A unha concentración de nitrato de prata de 0,1 M, o potencial limitante relativo a un electrodo de calomel saturado alcanza -925 mV.Despois de 4 ciclos de aplicación, o potencial mantívose no nivel despois da primeira aplicación, o que indica a excelente estabilidade do nanocomposto.Así, a unha concentración de nitrato de prata de 0,1 M, o nanocomposto Ag/NiS/TiO2 resultante ten o mellor efecto protector catódico no aceiro inoxidable 304.
A deposición de NiS na superficie dos nanofíos de TiO2 mellora gradualmente ao aumentar o tempo de deposición de NiS.Cando a luz visible incide na superficie do nanocío, máis sitios activos de sulfuro de níquel son excitados para xerar electróns e o potencial de fotoionización diminúe máis.Non obstante, cando as nanopartículas de sulfuro de níquel se depositan en exceso na superficie, o sulfuro de níquel excitado redúcese, o que non contribúe á absorción da luz.Despois de que as partículas de prata se depositen na superficie, debido ao efecto de resonancia plasmónica superficial das partículas de prata, os electróns xerados transferiranse rapidamente á superficie do aceiro inoxidable 304, obtendo un excelente efecto de protección catódica.Cando se depositan demasiadas partículas de prata na superficie, as partículas de prata convértense nun punto de recombinación de fotoelectróns e buratos, o que non contribúe á xeración de fotoelectróns.En conclusión, os nanocompostos Ag/NiS/TiO2 poden proporcionar a mellor protección catódica para o aceiro inoxidable 304 despois da deposición de sulfuro de níquel 6 veces baixo nitrato de prata 0,1 M.
O valor da densidade da fotocorrente representa o poder de separación dos electróns e buracos fotoxerados, e canto maior sexa a densidade da fotocorrente, máis forte será o poder de separación dos electróns e ocos fotoxerados.Hai moitos estudos que demostran que o NiS é amplamente utilizado na síntese de materiais fotocatalíticos para mellorar as propiedades fotoeléctricas dos materiais e para separar buratos15,16,17,18,19,20.Chen et al.estudou grafeno libre de metais nobres e compostos g-C3N4 co-modificados con NiS15.A intensidade máxima da fotocorrente do g-C3N4 modificado/0,25%RGO/3%NiS é de 0,018 μA/cm2.Chen et al.estudou CdSe-NiS cunha densidade de fotocorrente duns 10 µA/cm2,16.Liu et al.sintetizou un composto de CdS@NiS cunha densidade de fotocorrente de 15 µA/cm218.Non obstante, aínda non se informou do uso de NiS para a protección do fotocátodo.No noso estudo, a densidade de fotocorrente de TiO2 aumentou significativamente pola modificación de NiS.Sobre a fig.A figura 5 mostra os cambios na densidade da fotocorrente do aceiro inoxidable 304 e dos nanocompostos en condicións de luz visible e sen iluminación.Como se mostra na fig.5a, a densidade de fotocorrente do nanocomposto de NiS/TiO2 aumenta rapidamente no momento en que se acende a luz, e a densidade de fotocorrente é positiva, o que indica o fluxo de electróns do nanocomposto á superficie a través da estación de traballo electroquímica.aceiro inoxidable 304.Despois da preparación de compostos de sulfuro de níquel, a densidade de fotocorrente é maior que a dos nanofíos de TiO2 puro.A densidade de fotocorrente de NiS alcanza os 220 μA/cm2, o que é 6,8 veces maior que a dos nanocables de TiO2 (32 μA/cm2), cando o NiS é inmerso e depositado 6 veces.Como se mostra na fig.5b, a densidade de fotocorrente entre o nanocomposto Ag/NiS/TiO2 e o aceiro inoxidable 304 foi significativamente maior que entre o TiO2 puro e o nanocomposto NiS/TiO2 cando se acendeu cunha lámpada de xenón.Sobre a fig.A figura 5b tamén mostra o efecto da concentración de AgNO sobre a densidade da fotocorrente durante a fotoredución.A unha concentración de nitrato de prata de 0,1 M, a súa densidade de fotocorrente alcanza os 410 μA/cm2, o que é 12,8 veces maior que a dos nanofíos de TiO2 (32 μA/cm2) e 1,8 veces maior que a dos nanocompostos de NiS/TiO2.Fórmase un campo eléctrico de heteroxunción na interface de nanocompostos Ag/NiS/TiO2, que facilita a separación dos electróns fotoxerados dos buratos.
Cambios na densidade de fotocorrente dun electrodo de aceiro inoxidable 304 con (a) nanocomposto de NiS/TiO2 e (b) nanocomposto de Ag/NiS/TiO2 con e sen iluminación (λ > 400 nm).
Así, despois de 6 ciclos de inmersión-deposición de sulfuro de níquel en nitrato de prata concentrado 0,1 M, a densidade de fotocorrente entre os nanocompostos Ag/NiS/TiO2 e o aceiro inoxidable 304 alcanza os 410 μA/cm2, que é superior á do calomel saturado.electrodos alcanza -925 mV.Nestas condicións, o aceiro inoxidable 304 combinado con Ag/NiS/TiO2 pode proporcionar a mellor protección catódica.
Sobre a fig.A figura 6 mostra imaxes de microscopio electrónico de superficie de nanofíos de dióxido de titanio puro, nanopartículas de sulfuro de níquel compostos e nanopartículas de prata en condicións óptimas.Sobre a fig.6a, d mostran nanocables de TiO2 puros obtidos por anodización dunha soa etapa.A distribución superficial dos nanofíos de dióxido de titanio é uniforme, as estruturas dos nanocables están próximas entre si e a distribución do tamaño dos poros é uniforme.As figuras 6b e e son micrografías electrónicas de dióxido de titanio despois de 6 veces impregnación e deposición de compostos de sulfuro de níquel.A partir dunha imaxe microscópica electrónica ampliada 200.000 veces na figura 6e, pódese ver que as nanopartículas compostas de sulfuro de níquel son relativamente homoxéneas e teñen un gran tamaño de partícula duns 100-120 nm de diámetro.Algunhas nanopartículas pódense observar na posición espacial dos nanocables, e os nanocables de dióxido de titanio son claramente visibles.Sobre a fig.6c,f mostran imaxes microscópicas electrónicas de nanocompostos de NiS/TiO2 cunha concentración de AgNO de 0,1 M. En comparación coas Figs.6b e fig.6e, fig.6c e fig.6f mostra que as nanopartículas de Ag están depositadas na superficie do material composto, coas nanopartículas de Ag distribuídas uniformemente cun diámetro duns 10 nm.Sobre a fig.A figura 7 mostra unha sección transversal de nanopelículas Ag/NiS/TiO2 sometidas a 6 ciclos de deposición por inmersión de NiS a unha concentración de AgNO3 de 0,1 M. A partir de imaxes de gran aumento, o espesor da película medida foi de 240-270 nm.Así, as nanopartículas de sulfuro de níquel e prata ensamblan na superficie dos nanocables de TiO2.
TiO2 puro (a, d), nanocompostos de NiS/TiO2 con 6 ciclos de deposición por inmersión de NiS (b, e) e Ag/NiS/NiS con 6 ciclos de deposición por inmersión de NiS a imaxes SEM de AgNO3 0,1 M de nanocompostos de TiO2 (c, e).
Corte transversal de nanopelículas Ag/NiS/TiO2 sometidas a 6 ciclos de deposición por inmersión de NiS a unha concentración de AgNO3 de 0,1 M.
Sobre a fig.A figura 8 mostra a distribución superficial dos elementos sobre a superficie dos nanocompostos Ag/NiS/TiO2 obtidos a partir de 6 ciclos de deposición por inmersión de sulfuro de níquel a unha concentración de nitrato de prata de 0,1 M. A distribución superficial dos elementos mostra que se detectaron Ti, O, Ni, S e Ag.utilizando espectroscopia de enerxía.En canto ao contido, Ti e O son os elementos máis comúns na distribución, mentres que Ni e S son aproximadamente iguais, pero o seu contido é moito menor que Ag.Tamén se pode demostrar que a cantidade de nanopartículas de prata compostas na superficie é maior que a do sulfuro de níquel.A distribución uniforme dos elementos na superficie indica que o sulfuro de níquel e de prata están unidos uniformemente na superficie dos nanofíos de TiO2.Ademais, realizouse unha análise espectroscópica de fotoelectróns de raios X para analizar a composición específica e o estado de unión das substancias.
Distribución de elementos (Ti, O, Ni, S e Ag) de nanocompostos Ag/NiS/TiO2 a unha concentración de AgNO3 de 0,1 M durante 6 ciclos de deposición por inmersión de NiS.
Sobre a fig.A figura 9 mostra os espectros XPS dos nanocompostos Ag/NiS/TiO2 obtidos mediante 6 ciclos de deposición de sulfuro de níquel por inmersión en AgNO3 0,1 M, onde a fig.9a é o espectro completo, e o resto dos espectros son espectros de alta resolución dos elementos.Como se pode ver no espectro completo na figura 9a, atopáronse picos de absorción de Ti, O, Ni, S e Ag no nanocomposto, o que proba a existencia destes cinco elementos.Os resultados das probas foron de acordo co EDS.O pico en exceso da Figura 9a é o pico de carbono usado para corrixir a enerxía de unión da mostra.Sobre a fig.9b mostra un espectro de enerxía de alta resolución de Ti.Os picos de absorción dos orbitais 2p sitúanse a 459,32 e 465 eV, que corresponden á absorción dos orbitais Ti 2p3/2 e Ti 2p1/2.Dous picos de absorción demostran que o titanio ten unha valencia Ti4+, que corresponde ao Ti en TiO2.
Espectros XPS de medicións Ag/NiS/TiO2 (a) e espectros XPS de alta resolución de Ti2p(b), O1s(c), Ni2p(d), S2p(e) e Ag 3d(f).
Sobre a fig.9d mostra un espectro de enerxía Ni de alta resolución con catro picos de absorción para o orbital Ni 2p.Os picos de absorción a 856 e 873,5 eV corresponden aos orbitais Ni 2p3/2 e Ni 2p1/2 8,10, onde os picos de absorción pertencen a NiS.Os picos de absorción a 881 e 863 eV son para o nitrato de níquel e son causados ​​polo reactivo de nitrato de níquel durante a preparación da mostra.Sobre a fig.9e mostra un espectro S de alta resolución.Os picos de absorción dos orbitais S 2p sitúanse a 161,5 e 168,1 eV, que corresponden aos orbitais S 2p3/2 e S 2p1/2 21, 22, 23, 24. Estes dous picos pertencen a compostos de sulfuro de níquel.Os picos de absorción a 169,2 e 163,4 eV son para o reactivo de sulfuro de sodio.Sobre a fig.A 9f mostra un espectro de Ag de alta resolución no que os picos de absorción orbital 3d da prata están situados a 368,2 e 374,5 eV, respectivamente, e dous picos de absorción corresponden ás órbitas de absorción de Ag 3d5/2 e Ag 3d3/212, 13. Os picos de prata están en dous estados.Así, os nanocompostos están compostos principalmente por Ag, NiS e TiO2, que se determinou mediante espectroscopia de fotoelectróns de raios X, que demostrou que as nanopartículas de sulfuro de níquel e prata se combinaron con éxito na superficie dos nanofíos de TiO2.
Sobre a fig.A figura 10 mostra os espectros de reflectancia difusa UV-VIS de nanofíos de TiO2 recén preparados, nanocompostos de NiS/TiO2 e nanocompostos de Ag/NiS/TiO2.A partir da figura pódese ver que o limiar de absorción dos nanofíos de TiO2 é duns 390 nm e que a luz absorbida concéntrase principalmente na rexión ultravioleta.A partir da figura pódese ver que despois da combinación de nanopartículas de níquel e sulfuro de prata na superficie dos nanofíos de dióxido de titanio 21, 22, a luz absorbida propágase á rexión de luz visible.Ao mesmo tempo, o nanocomposto aumentou a absorción UV, que está asociada a unha banda estreita de sulfuro de níquel.Canto máis estreita sexa a brecha de banda, menor será a barreira enerxética para as transicións electrónicas e maior será o grao de utilización da luz.Despois de combinar a superficie de NiS/TiO2 con nanopartículas de prata, a intensidade de absorción e a lonxitude de onda da luz non aumentaron significativamente, principalmente debido ao efecto da resonancia do plasmón na superficie das nanopartículas de prata.A lonxitude de onda de absorción dos nanofíos de TiO2 non mellora significativamente en comparación coa banda estreita das nanopartículas de NiS compostas.En resumo, tras o composto de sulfuro de níquel e nanopartículas de prata na superficie dos nanofíos de dióxido de titanio, as súas características de absorción de luz melloran moito e o intervalo de absorción de luz esténdese desde a luz ultravioleta ata a visible, o que mellora a taxa de utilización dos nanofíos de dióxido de titanio.luz que mellora a capacidade do material para xerar fotoelectróns.
Espectros de reflectancia difusa UV/Vis de nanofíos de TiO2 frescos, nanocompostos de NiS/TiO2 e nanocompostos de Ag/NiS/TiO2.
Sobre a fig.A figura 11 mostra o mecanismo de resistencia á corrosión fotoquímica dos nanocompostos Ag/NiS/TiO2 baixo irradiación de luz visible.Baseándose na distribución potencial das nanopartículas de prata, o sulfuro de níquel e a banda de condución do dióxido de titanio, proponse un posible mapa do mecanismo de resistencia á corrosión.Debido a que o potencial da banda de condución da nanoprata é negativo en comparación co sulfuro de níquel e o potencial da banda de condución do sulfuro de níquel é negativo en comparación co dióxido de titanio, a dirección do fluxo de electróns é aproximadamente de aceiro inoxidable Ag→NiS→TiO2→304.Cando a luz se irradia na superficie do nanocomposto, debido ao efecto da resonancia plasmática superficial da nanoprata, a nanoprata pode xerar rapidamente buratos e electróns fotoxerados, e os electróns fotoxerados móvense rapidamente da posición da banda de valencia á posición da banda de condución debido á excitación.Dióxido de titanio e sulfuro de níquel.Dado que a condutividade das nanopartículas de prata é máis negativa que a do sulfuro de níquel, os electróns do TS das nanopartículas de prata convértense rapidamente en TS do sulfuro de níquel.O potencial de condución do sulfuro de níquel é máis negativo que o do dióxido de titanio, polo que os electróns do sulfuro de níquel e a condutividade da prata acumúlanse rapidamente no CB do dióxido de titanio.Os electróns fotoxerados xerados chegan á superficie do aceiro inoxidable 304 a través da matriz de titanio, e os electróns enriquecidos participan no proceso de redución de osíxeno catódico do aceiro inoxidable 304.Este proceso reduce a reacción catódica e, ao mesmo tempo, suprime a reacción de disolución anódica do aceiro inoxidable 304, realizando así a protección catódica do aceiro inoxidable 304. Debido á formación do campo eléctrico da heteroxunción no nanocomposto Ag/NiS/TiO2, o potencial condutor do nanocomposto mellora a protección cathodica de forma máis negativa, o cal é un efecto máis negativo da protección. aceiro inoxidable.
Diagrama esquemático do proceso fotoelectroquímico anticorrosión de nanocompostos Ag/NiS/TiO2 en luz visible.
Neste traballo, sintetizáronse nanopartículas de níquel e sulfuro de prata na superficie dos nanocables de TiO2 mediante un método sinxelo de inmersión e fotoredución.Realizáronse unha serie de estudos sobre a protección catódica de nanocompostos Ag/NiS/TiO2 en aceiro inoxidable 304.A partir das características morfolóxicas, análise da composición e análise das características de absorción da luz, realizáronse as seguintes conclusións principais:
Cun número de ciclos de impregnación-deposición de sulfuro de níquel de 6 e unha concentración de nitrato de prata para a fotoredución de 0,1 mol/l, os nanocompostos Ag/NiS/TiO2 resultantes tiveron un mellor efecto protector catódico no aceiro inoxidable 304.En comparación cun electrodo de calomel saturado, o potencial de protección alcanza -925 mV e a corrente de protección alcanza os 410 μA/cm2.
Fórmase un campo eléctrico de heteroxunción na interface de nanocompostos Ag/NiS/TiO2, o que mellora o poder de separación dos electróns e buratos fotoxerados.Ao mesmo tempo, a eficiencia de utilización da luz aumenta e o rango de absorción da luz esténdese desde a rexión ultravioleta ata a rexión visible.O nanocomposto aínda conservará o seu estado orixinal cunha boa estabilidade despois de 4 ciclos.
Os nanocompostos Ag/NiS/TiO2 preparados experimentalmente teñen unha superficie uniforme e densa.As nanopartículas de sulfuro de níquel e prata están compostas uniformemente na superficie dos nanofíos de TiO2.As nanopartículas de ferrita de cobalto e prata compostas son de gran pureza.
Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Efecto de protección fotocatódica de películas de TiO2 para aceiro carbono en solucións de NaCl ao 3%. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Efecto de protección fotocatódica de películas de TiO2 para aceiro carbono en solucións de NaCl ao 3%. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Эффект фотокатодной защиты пленок TiO2 для углеродистой стали в 3% рахтворl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Efecto de protección fotocátodo de películas de TiO2 para aceiro carbono en solucións de NaCl ao 3%. 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. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Protección fotocátoda de aceiro carbono con películas finas de TiO2 en solución de NaCl ao 3%.Electroquímica.Acta 50, 3401–3406 (2005).
Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG. Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG.Lee, J., Lin, SJ, Lai, YK e Du, RG Protección catódica fotoxerada dunha película de TiO2 nanoestruturada e dopada con nitróxeno en forma de flor sobre aceiro inoxidable. 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 e Du, RG Protección catódica fotoxerada de películas delgadas nanoestructuradas en forma de flor de TiO2 dopadas con nitróxeno sobre aceiro inoxidable.surf Un abrigo.tecnoloxía 205, 557–564 (2010).
Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. Propiedades de protección catódica fotoxeneradas do revestimento de TiO2/WO3 de tamaño nanométrico. Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. Propiedades de protección catódica fotoxeneradas do revestimento de TiO2/WO3 de tamaño nanométrico.Zhou, MJ, Zeng, ZO e Zhong, L. Propiedades protectoras catódicas fotoxeneradas do revestimento a nanoescala de TiO2/WO3. 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 e Zhong L. Propiedades protectoras catódicas fotoxeneradas de revestimentos nano-TiO2/WO3.koros.a ciencia.51, 1386–1397 (2009).
Park, H., Kim, KY & Choi, W. Enfoque fotoelectroquímico para a prevención da corrosión metálica mediante un fotoanodo semicondutor. Park, H., Kim, KY & Choi, W. Enfoque fotoelectroquímico para a prevención da corrosión metálica mediante un fotoanodo semicondutor.Park, H., Kim, K.Yu.e Choi, V. A photoelectrochemical approach to metal corrosion prevention using a semiconductor photoanode. 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。 Park, H., Kim, KY & Choi, W.Park H., Kim K.Yu.e Choi V. Métodos fotoelectroquímicos para previr a corrosión de metais mediante fotoanodos semicondutores.J. Física.Química.V. 106, 4775–4781 (2002).
Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Estudo sobre un revestimento hidrófobo de nano-TiO2 e as súas propiedades para a protección contra a corrosión dos metais. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Estudo sobre un revestimento hidrófobo de nano-TiO2 e as súas propiedades para a protección contra a corrosión dos metais. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ, Scantlebury, D. розии. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Investigación dun revestimento hidrófobo de nano-TiO2 e as súas propiedades para a protección contra a corrosión dos metais. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ e 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究究 Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ e Scantlebury, D. Estudo do revestimento de dióxido de nanotitanio 疵水 e as súas propiedades de protección contra a corrosión do metal. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ e Scantlebury, D. Гидрофобные покрытия из нано-TiO2 e их свойства защиты металлиова металлиова Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Revestimentos hidrofóbicos de nano-TiO2 e as súas propiedades de protección contra a corrosión para metais.Electroquímica.Acta 50, 5083–5089 (2005).
Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Un estudo sobre os revestimentos de nano-TiO2 modificados con N, S e Cl para a protección contra a corrosión do aceiro inoxidable. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Un estudo sobre os revestimentos de nano-TiO2 modificados con N, S e Cl para a protección contra a corrosión do aceiro inoxidable.Yun, H., Li, J., Chen, HB e Lin, SJ Investigación de revestimentos de nano-TiO2 modificados con nitróxeno, xofre e cloro para a protección contra a corrosión do aceiro inoxidable. 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研穤的研研米二氧化钛涂层用于 Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ N、S和Cl Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Revestimentos N, S e Cl modificados Nano-TiO2 para a protección contra a corrosión do aceiro inoxidable.Electroquímica.Tomo 52, 6679–6685 (2007).
Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Propiedades de protección fotocatódica de películas de rede de nanocables de titanato tridimensionais preparadas mediante un método combinado sol-xel e hidrotermal. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Propiedades de protección fotocatódica de películas de rede de nanocables de titanato tridimensionais preparadas mediante un método combinado sol-xel e hidrotermal. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ. готовленных комбинированным золь-гель и гидротермическим методом. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Propiedades protectoras fotocatódicas de películas de rede tridimensionais de nanofíos de titanato preparadas mediante un método combinado sol-xel e hidrotermal. Zhu, Yf, Du, Rg, Chen, W., Qi, Hq & Lin, CJ 溶胶-凝胶 和 水热 法制 备 备 盐纳 米线 米线 网络 的 光 阴 保护 性能。 Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ e Lin, CJ.As propiedades protectoras de 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电影电影电影. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ. приготовленных золь-гель e гидротермическими методами. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Propiedades de protección fotocatódica de películas finas de rede de nanofíos de titanato tridimensionais preparadas por métodos sol-gel e hidrotermais.Electroquímica.comunicar 12, 1626–1629 (2010).
Lee, JH, Kim, SI, Park, SM e Kang, M. Un sistema fotocatalítico de TiO2 sensibilizado con NiS de heteroxunción pn para a fotoredución eficiente de dióxido de carbono a metano. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM e Kang, M. Un sistema fotocatalítico de TiO2 sensibilizado con NiS de heterounión pn para a fotoredución eficiente de dióxido de carbono a metano.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM e Kang, M. Un sistema fotocatalítico de TiO2 sensibilizado por NiS de pn-heteroxunción para a fotoredución eficiente de dióxido de carbono a metano. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. 一种pn 异质结NiS 敏化TiO2 光催化系统，用于将二氧化碳高昿碳高敿碳高敏化TiO2 Lee, JH, Kim, SI, Park, SM e Kang, M.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM e Kang, M. Un sistema fotocatalítico de TiO2 sensibilizado por NiS de pn-heteroxunción para a fotoredución eficiente de dióxido de carbono a metano.cerámica.Interpretación.43, 1768–1774 (2017).
Wang, QZ et al.CuS e NiS actúan como cocatalizadores para mellorar a evolución de hidróxeno fotocatalítica sobre TiO2.Interpretación.J.Hidro.Enerxía 39, 13421–13428 (2014).
Liu, Y. & Tang, C. Mellora da evolución fotocatalítica de H2 sobre películas de nanofollas de TiO2 mediante nanopartículas de NiS de carga superficial. Liu, Y. & Tang, C. Mellora da evolución fotocatalítica de H2 sobre películas de nanofollas de TiO2 mediante nanopartículas de NiS de carga superficial.Liu, Y. e Tang, K. Mellora da liberación de H2 fotocatalítica en películas de nanofollas de TiO2 mediante a carga superficial de nanopartículas de NiS. 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. e Tang, K. Mellorou a produción de hidróxeno fotocatalítica en películas finas de nanofollas de TiO2 depositando nanopartículas de NiS na superficie.las.J. Física.Química.A 90, 1042–1048 (2016).
Huang, XW & Liu, ZJ Estudo comparativo da estrutura e propiedades de películas de nanocables baseadas en Ti–O preparadas mediante métodos de anodización e oxidación química. Huang, XW & Liu, ZJ Estudo comparativo da estrutura e propiedades de películas de nanocables baseadas en Ti–O preparadas mediante métodos de anodización e oxidación química. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнительное исследование структуры и свойств пленок нанопроводов на основе Ti-O, полунход рования e химического окисления. Huang, XW & Liu, ZJ Un estudo comparativo da estrutura e propiedades das películas de nanofíos de Ti-O obtidas por métodos de anodización e oxidación química. 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性能的攩炯的的Ti-O Huang, XW & Liu, ZJ 阳极oxidación法和oxidación química法preparación的Ti-O基基基小线estrutura de película delgada和propiedade的investigación comparativa. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнительное исследование структуры и свойств тонких пленок из нанопровольное структуры и свойств тонких пленок из нанопровольное нанопроволование структуры и свойств тонких нодированием и химическим окислением. Huang, XW & Liu, ZJ Un estudo comparativo da estrutura e propiedades de películas finas de nanocables de Ti-O preparadas por anodización e oxidación química.J. Alma mater.ciencia tecnoloxía 30, 878–883 (2014).
Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag e SnO2 fotoanodos de TiO2 co-sensibilizados para a protección de 304SS baixo luz visible. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag e SnO2 fotoanodos de TiO2 co-sensibilizados para a protección de 304SS baixo luz visible. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag и SnO2 совместно сенсибилизировали фотоаноды TiO2 для защиты 304SS висдимо висдимо. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag e SnO2 cosensibilizaron fotoanodos de TiO2 para protexer o 304SS na luz visible. 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, совместно сенсибилизированный Ag и SnO2, для защиты 304SS в висдито висдето висдетный Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR A Fotoanodo de TiO2 co-sensibilizado con Ag e SnO2 para a protección da luz visible de 304SS.koros.a ciencia.82, 145–153 (2014).
Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag e CoFe2O4 nanofíos de TiO2 co-sensibilizados para a protección fotocatódica de 304 SS baixo luz visible. Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag e CoFe2O4 nanofíos de TiO2 co-sensibilizados para a protección fotocatódica de 304 SS baixo luz visible.Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. e Howe, BR Ag e CoFe2O4 co-sensibilizados con nanocables de TiO2 para a protección do fotocátodo 304 SS en luz visible. Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag. Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR AgWen, ZH, Wang, N., Wang, J. e Howe, BR Ag e CoFe2O4 co-sensibilizaron nanocables de TiO2 para a protección de fotocátodos 304 SS en luz visible.Interpretación.J. Electroquímica.a ciencia.13, 752–761 (2018).
Bu, YY & Ao, JP Unha revisión sobre películas finas de semicondutores de protección catódica fotoelectroquímica para metais. Bu, YY & Ao, JP Unha revisión sobre a protección catódica fotoelectroquímica de películas finas de semicondutores para metais. Bu, YY & Ao, JP. Bu, YY & Ao, JP Revisión da protección catódica fotoelectroquímica de películas finas de semicondutores para metais. Bu, YY & Ao, JP 金属光电化学阴极保护半导体薄膜综述。 Metalización Bu, YY & Ao, JP 光电视光阴极电影电影电影电视设计。 Bu, YY & Ao, JP. Bu, YY & Ao, JP Unha revisión da protección catódica fotoelectroquímica metálica de películas finas de semicondutores.Un entorno de enerxía verde.2, 331–362 (2017).