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TiO2は光電変換に用いられる半導体材料です。光の利用を改善するために、単純な浸漬法と光還元法によって、硫化ニッケルおよび硫化銀のナノ粒子が TiO2 ナノワイヤの表面に合成されました。304 ステンレス鋼に対する Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料の陰極保護作用に関する一連の研究が実施され、材料の形態、組成、光吸収特性が補足されました。結果は、硫化ニッケル含浸・沈殿サイクル数が6で硝酸銀光還元濃度が0.1Mの場合、調製したAg/NiS/TiO2ナノ複合材料が304ステンレス鋼に最良の陰極防食を提供できることを示した。
太陽光を利用した光電面保護へのn型半導体の応用が近年注目を集めています。太陽光によって励起されると、半導体材料の価電子帯 (VB) からの電子が伝導帯 (CB) に励起され、光生成電子が生成されます。半導体またはナノ複合材料の伝導帯電位が結合金属の自己エッチング電位よりも負である場合、これらの光生成電子は結合金属の表面に移動します。電子の蓄積は金属の陰極分極をもたらし、関連する金属の陰極保護を提供します1、2、3、4、5、6、7。陽極反応は半導体材料自体を劣化させるのではなく、光生成された正孔や吸着された有機汚染物質による水の酸化、または光生成された正孔を捕捉するコレクタの存在によるものであるため、半導体材料は理論的には非犠牲光アノードと考えられています。最も重要なことは、半導体材料の CB 電位が、保護される金属の腐食電位よりも負である必要があることです。そうして初めて、光生成された電子が半導体の伝導帯から保護された金属に通過することができます。 光化学的耐食性の研究は、広いバンドギャップ (3.0 ～ 3.2EV)1、2、3、4、5、6、7 を持つ無機 n 型半導体材料に焦点を当ててきました。これらの材料は紫外光 (< 400 nm) にのみ反応し、利用可能な光が減少します。 光化学的耐食性の研究は、広いバンドギャップ (3.0 ～ 3.2EV)1、2、3、4、5、6、7 を持つ無機 n 型半導体材料に焦点を当ててきました。これらの材料は紫外光 (< 400 nm) にのみ反応し、利用可能な光が減少します。 Исследования стойкости к фотохимической коррозии были сосредоточены на неорганических полупроводниковых материала х n-типа с прокой запрещенной зоной (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, которые реагируют только на ультрафиолетовое излучение (< 400 нм)、уменьзение доступности света。 光化学的耐食性に関する研究は、広いバンドギャップ (3.0 ～ 3.2 EV)1、2、3、4、5、6、7 を持ち、紫外線 (< 400 nm) にのみ反応し、光の利用可能性が低下する n 型無機半導体材料に焦点を当ててきました。光化学的耐腐食性の研究は主に、バンドギャップ（3.0〜3.2EV）1、2、3、4、5、6、7を有する無機型半導体材料に集中しており、これらの材料は紫外光（< 400 nm）のみに影響を及ぼし、光の有用性を低下させます。光化学の耐腐食性の研究は主に宽带スロット (3.0–3.2ev) 1.2,3,4,5,6,6,7 を有する無機 n 型材料上で、これらの材料は (<400 nm) 有 有 有 有 有 有光の有効性を低減します。 Исследования стойкости к фотохимической коррозии в основном были сосредоточены на неорганических полупроводниковы х материалах n-типа с запрещенной зоной (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, которые чувствительны только к УФ-излучению (< 400分）。 光化学的耐食性に関する研究は、主に、紫外線にのみ感受性のある広いバンドギャップ (3.0 ～ 3.2EV)1、2、3、4、5、6、7 n 型無機半導体材料に焦点を当ててきました。(<400nm)。それに応じて、利用可能な光が減少します。
海洋防食の分野では、光電気化学的陰極防食技術が重要な役割を果たしています。TiO2 は、優れた紫外光吸収と光触媒特性を備えた半導体材料です。しかし、光の使用率が低いため、光で生成された正孔は容易に再結合し、暗い条件下では遮蔽できません。合理的で実現可能な解決策を見つけるには、さらなる研究が必要です。TiO2 の光感度を向上させるために、Fe、N のドーピング、Ni3S2、Bi2Se3、CdTe などとの混合など、多くの表面改質方法を使用できることが報告されています。そのため、光電変換効率の高い材料を含む TiO2 複合材料は、光生成陰極防食の分野で広く使用されています。。
硫化ニッケルは、わずか 1.24 eV8.9 の狭いバンドギャップを持つ半導体材料です。バンドギャップが狭いほど、光の利用が強くなります。硫化ニッケルを二酸化チタンの表面と混合すると、光の利用度を高めることができます。二酸化チタンと組み合わせることで、光生成された電子と正孔の分離効率を効果的に向上させることができます。硫化ニッケルは、電極触媒による水素の生成、電池、汚染物質の分解に広く使用されています8、9、10。ただし、光電面保護への使用はまだ報告されていません。本研究では、TiO2 の光利用効率が低いという問題を解決するために、バンドギャップの狭い半導体材料を選択しました。硫化ニッケルと硫化銀のナノ粒子は、それぞれ浸漬法と光還元法によって TiO2 ナノワイヤの表面に結合しました。Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料により、光の利用効率が向上し、光の吸収範囲が紫外領域から可視領域まで広がります。一方、銀ナノ粒子の堆積により、Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料に優れた光学的安定性と安定した陰極保護が与えられます。
まず、実験用に厚さ0.1mm、純度99.9%のチタン箔を30mm×10mmの大きさに切り出した。次に、チタン箔の各表面を２５００番のサンドペーパーで１００回研磨し、アセトン、無水エタノール、蒸留水で順次洗浄した。チタン板を85℃（水酸化ナトリウム：炭酸ナトリウム：水＝5：2：100）の混合液に90分間置き、取り出して蒸留水ですすいでください。表面をＨＦ溶液（ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：５）で１分間エッチングし、次にアセトン、エタノール、蒸留水で交互に洗浄し、最後に乾燥させて使用した。二酸化チタンナノワイヤーは、一段階の陽極酸化プロセスによってチタン箔の表面上に迅速に作製されました。陽極酸化には従来の 2 電極システムが使用され、作用電極はチタン シート、対電極は白金電極です。電極クランプを使用して、チタン プレートを 2 M NaOH 溶液 400 ml に置きます。DC 電源電流は約 1.3 A で安定しています。全身反応中、溶液の温度は 180 分間 80°C に維持されました。チタンシートを取り出し、アセトン、エタノールで洗浄し、蒸留水で洗浄し、自然乾燥させた。次に、サンプルを 450℃のマッフル炉に置き（加熱速度 5℃/分）、一定温度に 120 分間保ち、乾燥トレイに置きました。
硫化ニッケル・二酸化チタン複合体は、簡単な浸漬蒸着法によって得られました。まず、硝酸ニッケル（０．０３Ｍ）をエタノールに溶解し、磁気撹拌下で２０分間維持して、硝酸ニッケルのエタノール溶液を得た。次に、メタノール混合溶液（メタノール：水＝１：１）で硫化ナトリウム（０．０３Ｍ）を調製する。次に、二酸化チタンタブレットを上記で調製した溶液中に入れ、４分後に取り出し、メタノールと水の混合溶液（メタノール：水＝１：１）で１分間素早く洗浄した。表面が乾燥した後、錠剤をマッフル炉に置き、真空中、380℃で20分間加熱し、室温まで冷却し、乾燥させた。サイクル数 2、4、6、8。
Ag ナノ粒子は、光還元によって Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料を修飾しました 12、13。得られた Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料を、実験に必要な硝酸銀溶液中に入れました。次に、サンプルに紫外線を 30 分間照射し、表面を脱イオン水で洗浄し、自然乾燥により Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料を得ました。上記の実験プロセスを図 1 に示します。
Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料は、主に電界放射型走査電子顕微鏡 (FESEM)、エネルギー分散型分光法 (EDS)、X 線光電子分光法 (XPS)、および紫外および可視領域 (UV-Vis) の拡散反射率によって特性評価されています。FESEM は、Nova NanoSEM 450 顕微鏡 (FEI Corporation、米国) を使用して実行されました。加速電圧 1 kV、スポット サイズ 2.0。このデバイスは CBS プローブを使用して二次電子と後方散乱電子を受信し、トポグラフィー解析を行います。EMFは、Oxford X-Max N50 EMFシステム(Oxford Instruments Technology Co., Ltd.)を使用し、加速電圧15 kVおよびスポットサイズ3.0で実施した。特性X線を用いた定性・定量分析。X線光電子分光法は、励起源として単色Al Kα線（1486.6 eV）を使用し、励起出力150 Wの固定エネルギーモードで動作するEscalab 250Xi分光計（Thermo Fisher Scientific Corporation、米国）で実施しました。フルスキャン範囲 0 ～ 1600 eV、総エネルギー 50 eV、ステップ幅 1.0 eV、および不純炭素 (約 284.8 eV) を結合エネルギー電荷補正基準として使用しました。狭い走査の通過エネルギーは、0.05 eV ステップで 20 eV でした。紫外可視領域における拡散反射分光法は、標準硫酸バリウムプレートを備えた Cary 5000 分光計 (Varian、USA) を使用し、10 ～ 80°の走査範囲で実行されました。
この研究では、304 ステンレス鋼の組成 (重量パーセント) は、0.08 C、1.86 Mn、0.72 Si、0.035 P、0.029 s、18.25 Cr、8.5 Ni で、残りは Fe です。10mm x 10mm x 10mm 304 ステンレス鋼、露出表面積 1 cm2 のエポキシポッティング。その表面を２４００グリットの炭化ケイ素サンドペーパーで研磨し、エタノールで洗浄した。次いで、ステンレス鋼を脱イオン水中で５分間超音波処理し、オーブンに保管した。
OCP実験では、304ステンレス鋼とAg/NiS/TiO2光陽極をそれぞれ腐食セルと光陽極セルに配置しました（図2）。腐食セルは 3.5% NaCl 溶液で満たされ、0.25 M Na2SO3 がホールトラップとして光アノードセルに注入されました。ナフトール膜を使用して、2 つの電解質を混合物から分離しました。OCP は電気化学ワークステーション (P4000+、米国) で測定されました。参照電極は飽和カロメル電極 (SCE) でした。光源（キセノンランプ、PLS-SXE300C、Poisson Technologies Co., Ltd.）およびカットオフプレート420を光源の出口に配置し、可視光が石英ガラスを通過して光アノードに到達できるようにした。304 ステンレス鋼の電極は銅線で光陽極に接続されています。実験前に、304 ステンレス鋼電極を 3.5% NaCl 溶液に 2 時間浸漬して、定常状態を確保しました。実験の開始時に光をオンまたはオフにすると、光陽極の励起電子がワイヤを通って 304 ステンレス鋼の表面に到達します。
光電流密度の実験では、304SS 光陽極と Ag/NiS/TiO2 光陽極をそれぞれ腐食セルと光陽極セルに配置しました (図 3)。光電流密度は、OCP と同じセットアップで測定されました。304 ステンレス鋼と光アノードの間の実際の光電流密度を取得するには、ポテンショスタットをゼロ抵抗電流計として使用し、非分極条件下で 304 ステンレス鋼と光アノードを接続しました。これを行うために、実験装置の参照電極と対電極が短絡され、電気化学ワークステーションが真の電流密度を測定できるゼロ抵抗電流計として機能するようになりました。304 ステンレス鋼の電極は電気化学ワークステーションのアースに接続され、光陽極は作用電極クランプに接続されます。実験の開始時に、光をオンまたはオフにすると、光アノードの励起電子がワイヤを通って 304 ステンレス鋼の表面に到達します。このとき、304ステンレス鋼表面の光電流密度の変化が観察できます。
304 ステンレス鋼上のナノコンポジットの陰極防食性能を研究するために、304 ステンレス鋼とナノコンポジットの光イオン化ポテンシャルの変化、およびナノコンポジットと 304 ステンレス鋼の間の光イオン化電流密度の変化をテストしました。
図上。図４は、可視光照射下および暗条件下での３０４ステンレス鋼およびナノコンポジットの開路電位の変化を示す。図上。図４ａは、開路電位に対する浸漬によるＮｉＳ堆積時間の影響を示す。図４ｂは、光還元中の開路電位に対する硝酸銀濃度の影響を示す。図上。図４ａは、３０４ステンレス鋼に結合したＮｉＳ／ＴｉＯ２ナノ複合材料の開路電位が、硫化ニッケル複合材料と比較して、ランプを点灯した瞬間に大幅に低下することを示している。さらに、開回路電位は純粋な TiO2 ナノワイヤよりも負であり、硫化ニッケル複合材料がより多くの電子を生成し、TiO2 からの光電陰極保護効果を向上させることを示しています。しかし、曝露の終了時には、無負荷電位はステンレス鋼の無負荷電位まで急速に上昇し、硫化ニッケルにはエネルギー貯蔵効果がないことが示されています。開回路電位に対する浸漬堆積サイクル数の影響は、図 4a で観察できます。堆積時間 6 では、ナノ複合材料の極値電位は飽和カロメル電極に対して -550 mV に達し、堆積されたナノ複合材料の電位は 6 倍となり、他の条件下でのナノ複合材料の電位よりも大幅に低くなります。したがって、6 回の堆積サイクル後に得られた NiS/TiO2 ナノ複合材料は、304 ステンレス鋼に対して最良の陰極保護を提供しました。
NiS/TiO2 ナノ複合材料 (a) および Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料 (b) を備えた 304 ステンレス鋼電極の、照明 (λ > 400 nm) の有無による OCP の変化。
図に示すように。図４ｂに示すように、３０４ステンレス鋼およびＡｇ／ＮｉＳ／ＴｉＯ２ナノ複合材料の開路電位は、光にさらされると大幅に低下した。銀ナノ粒子の表面堆積後、純粋な TiO2 ナノワイヤと比較して、開回路電位が大幅に減少しました。NiS/TiO2 ナノ複合材料の電位はより負であり、Ag ナノ粒子の堆積後に TiO2 の陰極保護効果が大幅に向上することを示しています。開路電位は暴露の終了時に急速に増加し、飽和カロメル電極と比較して、開路電位は -580 mV に達する可能性があり、これは 304 ステンレス鋼の開路電位 (-180 mV) よりも低かった。この結果は、ナノ複合材料の表面に銀粒子が堆積した後、ナノ複合材料が顕著なエネルギー貯蔵効果を有することを示している。図上。図４ｂは、開路電位に対する硝酸銀濃度の影響も示している。硝酸銀濃度 0.1 M では、飽和カロメル電極に対する限界電位は -925 mV に達します。4 回の塗布サイクルの後、電位は最初の塗布後のレベルに留まり、これはナノ複合材料の優れた安定性を示しています。したがって、硝酸銀濃度 0.1 M では、得られる Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料は 304 ステンレス鋼に対して最高の陰極保護効果を示します。
TiO2 ナノワイヤ表面への NiS の堆積は、NiS の堆積時間が増加するにつれて徐々に改善されます。可視光がナノワイヤの表面に当たると、より多くの硫化ニッケル活性サイトが励起されて電子が生成され、光イオン化ポテンシャルはさらに低下します。しかし、硫化ニッケルナノ粒子が表面に過剰に堆積すると、励起された硫化ニッケルが還元されてしまい、光の吸収に寄与しなくなってしまう。銀粒子が表面に堆積した後、銀粒子の表面プラズモン共鳴効果により、生成された電子はすぐに 304 ステンレス鋼の表面に伝達され、優れた陰極防食効果が得られます。銀粒子が表面に堆積しすぎると、銀粒子が光電子と正孔の再結合点となり、光電子の生成に寄与しなくなります。結論として、Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料は、0.1 M 硝酸銀下で 6 回硫化ニッケルを堆積した後、304 ステンレス鋼に最良の陰極保護を提供できます。
光電流密度の値は光生成された電子と正孔の分離力を表し、光電流密度が大きいほど光生成された電子と正孔の分離力が強いことを示します。NiS が材料の光電特性を改善し、正孔を分離するために光触媒材料の合成に広く使用されていることを示す多くの研究があります 15、16、17、18、19、20。チェンら。貴金属を含まないグラフェンと、NiS15 で共修飾された g-C3N4 複合材料を研究しました。修飾 g-C3N4/0.25%RGO/3%NiS の光電流の最大強度は 0.018 μA/cm2 です。チェンら。は、光電流密度が約 10 µA/cm2 の CdSe-NiS を研究しました。16劉ら。は、光電流密度 15 µA/cm218 の CdS@NiS 複合材料を合成しました。しかし、NiS を光電面保護に使用することはまだ報告されていません。私たちの研究では、NiS の修飾によって TiO2 の光電流密度が大幅に増加しました。図上。図５は、可視光条件下および照明なしでの３０４ステンレス鋼およびナノコンポジットの光電流密度の変化を示す。図に示すように。図５ａにおいて、ＮｉＳ／ＴｉＯ２ナノ複合材料の光電流密度は、光がオンになった瞬間に急速に増加し、光電流密度は正であり、電気化学ワークステーションを通ってナノ複合材料から表面への電子の流れを示している。304 ステンレス鋼。硫化ニッケル複合材料の調製後の光電流密度は、純粋な TiO2 ナノワイヤの光電流密度よりも大きくなります。NiS を 6 回浸漬および堆積すると、NiS の光電流密度は 220 μA/cm2 に達し、TiO2 ナノワイヤの光電流密度 (32 μA/cm2) の 6.8 倍になります。図に示すように。図５ｂに示すように、キセノンランプ下で点灯した場合、Ａｇ／ＮｉＳ／ＴｉＯ２ナノ複合材と３０４ステンレス鋼との間の光電流密度は、純粋なＴｉＯ２とＮｉＳ／ＴｉＯ２ナノ複合材との間の光電流密度よりも著しく高かった。図上。図 5b は、光還元中の光電流密度に対する AgNO 濃度の影響も示しています。硝酸銀濃度 0.1 M では、その光電流密度は 410 μA/cm2 に達します。これは、TiO2 ナノワイヤ (32 μA/cm2) の 12.8 倍、NiS/TiO2 ナノ複合材料の 1.8 倍です。ヘテロ接合電場が Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料界面に形成され、光生成された電子と正孔の分離が促進されます。
(a) NiS/TiO2 ナノ複合材料および (b) Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料を用いた 304 ステンレス鋼電極の光電流密度の変化。照射ありとなし (λ > 400 nm)。
したがって、0.1 M 濃硝酸銀中での硫化ニッケルの浸漬堆積を 6 サイクル行った後、Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料と 304 ステンレス鋼の間の光電流密度は 410 μA/cm2 に達し、これは飽和カロメルの光電流密度よりも高くなります。電極は -925 mV に達します。このような条件下では、304 ステンレス鋼と Ag/NiS/TiO2 を組み合わせることで、最高の陰極防食を実現できます。
図上。図６は、最適条件下での純粋な二酸化チタンナノワイヤ、複合硫化ニッケルナノ粒子、および銀ナノ粒子の表面電子顕微鏡画像を示す。図上。図６ａ、ｄは、一段階陽極酸化によって得られた純粋なＴｉＯ ２ ナノワイヤを示す。二酸化チタンナノワイヤーの表面分布は均一であり、ナノワイヤーの構造は互いに近く、細孔径分布も均一です。図６ｂおよび図６ｅは、硫化ニッケル複合材料を６回含浸および堆積させた後の二酸化チタンの電子顕微鏡写真である。図6eの20万倍に拡大された電子顕微鏡画像から、硫化ニッケル複合ナノ粒子は比較的均質で、直径約100〜120 nmの大きな粒径を持っていることがわかります。いくつかのナノ粒子はナノワイヤの空間位置で観察でき、二酸化チタンのナノワイヤははっきりと見えます。図上。図６ｃ、ｆは、０．１ＭのＡｇＮＯ濃度におけるＮｉＳ／ＴｉＯ ２ ナノ複合材料の電子顕微鏡画像を示す。6bと図。6e、図。6cと図。図６ｆは、Ａｇナノ粒子が複合材料の表面に堆積され、Ａｇナノ粒子が約１０ｎｍの直径で均一に分布していることを示している。図上。図７は、０．１ＭのＡｇＮＯ ３ 濃度で６サイクルのＮｉＳ浸漬堆積を受けたＡｇ／ＮｉＳ／ＴｉＯ ２ ナノフィルムの断面を示す。高倍率画像から、測定された膜厚は２４０〜２７０ｎｍであった。したがって、ニッケルおよび硫化銀のナノ粒子が TiO2 ナノワイヤの表面に集合します。
純粋な TiO2 (a、d)、6 サイクルの NiS ディップ堆積を行った NiS/TiO2 ナノ複合材料 (b、e)、および 0.1 M AgNO3 で 6 サイクルの NiS ディップ堆積を行った Ag/NiS/NiS、TiO2 ナノ複合材料の SEM 画像 (c、e)。
0.1 M の AgNO3 濃度での NiS 浸漬堆積を 6 サイクル行った Ag/NiS/TiO2 ナノフィルムの断面図。
図上。図８は、０．１Ｍの硝酸銀濃度で６サイクルの硫化ニッケル浸漬堆積から得られたＡｇ／ＮｉＳ／ＴｉＯ ２ ナノ複合材料の表面上の元素の表面分布を示す。元素の表面分布は、Ｔｉ、Ｏ、Ｎｉ、Ｓ、およびＡｇが検出されたことを示す。エネルギー分光法を使用します。含有量に関しては、Ti と O が最も一般的な元素であり、Ni と S はほぼ同じですが、その含有量は Ag よりもはるかに低いです。また、表面複合銀ナノ粒子の量が硫化ニッケルよりも多いことも証明できる。表面上の元素の均一な分布は、ニッケルと硫化銀が TiO2 ナノワイヤーの表面に均一に結合していることを示しています。さらにX線光電子分光分析を行い、物質の具体的な組成や結合状態を分析しました。
6 サイクルの NiS 浸漬堆積における 0.1 M の AgNO3 濃度での Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料の元素 (Ti、O、Ni、S、および Ag) の分布。
図上。図 9 は、0.1 M AgNO3 に浸漬する 6 サイクルの硫化ニッケル堆積を使用して得られた Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料の XPS スペクトルを示しています。9a は完全なスペクトルであり、残りのスペクトルは元素の高解像度スペクトルです。図9aの全スペクトルからわかるように、Ti、O、Ni、S、Agの吸収ピークがナノコンポジット内に見つかり、これら5つの元素の存在が証明されています。試験結果は EDS に準拠しました。図 9a の過剰ピークは、サンプルの結合エネルギーを補正するために使用される炭素ピークです。図上。図９ｂは、Ｔｉの高分解能エネルギースペクトルを示す。2p 軌道の吸収ピークは 459.32 および 465 eV にあり、Ti 2p3/2 および Ti 2p1/2 軌道の吸収に対応します。2 つの吸収ピークは、チタンが TiO2 の Ti に相当する Ti4+ 価数を持っていることを証明しています。
Ag/NiS/TiO2 測定の XPS スペクトル (a)、および Ti2p(b)、O1s(c)、Ni2p(d)、S2p(e)、および Ag 3d(f) の高分解能 XPS スペクトル。
図上。図９ｄは、Ｎｉ ２ｐ軌道の４つの吸収ピークを有する高分解能Ｎｉエネルギースペクトルを示す。856 および 873.5 eV の吸収ピークは、Ni 2p3/2 および Ni 2p1/2 8.10 軌道に対応し、吸収ピークは NiS に属します。881 eV と 863 eV の吸収ピークは硝酸ニッケルのもので、サンプル調製中の硝酸ニッケル試薬によって引き起こされます。図上。図９ｅは、高分解能のＳスペクトルを示す。S 2p 軌道の吸収ピークは 161.5 および 168.1 eV にあり、S 2p3/2 および S 2p1/2 軌道 21、22、23、24 に対応します。これら 2 つのピークは硫化ニッケル化合物に属します。169.2 eV および 163.4 eV の吸収ピークは硫化ナトリウム試薬のものです。図上。図９ｆは、銀の３ｄ軌道吸収ピークがそれぞれ３６８．２および３７４．５ｅＶに位置する高分解能Ａｇスペクトルを示し、２つの吸収ピークは、Ａｇ３ｄ５／２およびＡｇ３ｄ３／２１２の吸収軌道に対応する（１３）。これら２つの場所のピークは、銀ナノ粒子が元素銀の状態で存在することを証明する。したがって、ナノ複合材料は主に Ag、NiS、TiO2 で構成されており、これは X 線光電子分光法によって測定され、ニッケルと硫化銀のナノ粒子が TiO2 ナノワイヤの表面でうまく結合していることが証明されました。
図上。図１０は、新たに調製したＴｉＯ ２ ナノワイヤ、ＮｉＳ／ＴｉＯ ２ ナノ複合材料、およびＡｇ／ＮｉＳ／ＴｉＯ ２ ナノ複合材料のＵＶ－ＶＩＳ拡散反射率スペクトルを示す。図から、TiO2 ナノワイヤの吸収閾値は約 390 nm であり、吸収される光は主に紫外領域に集中していることがわかります。この図から、二酸化チタンナノワイヤ２１、２２の表面上でニッケルと硫化銀のナノ粒子が結合した後、吸収された光が可視光領域に伝播することが分かる。同時に、ナノ複合材料は硫化ニッケルの狭いバンドギャップに関連して UV 吸収を増加させます。バンドギャップが狭いほど、電子遷移のエネルギー障壁が低くなり、光の利用度が高くなります。NiS/TiO2 表面に銀ナノ粒子を配合した後、主に銀ナノ粒子表面のプラズモン共鳴の影響により、吸収強度と光の波長は大幅には増加しませんでした。TiO2 ナノワイヤの吸収波長は、複合 NiS ナノ粒子の狭いバンドギャップと比較して大幅には向上しません。要約すると、二酸化チタンナノワイヤの表面に硫化ニッケルと銀のナノ粒子を複合化した後、その光吸収特性が大幅に改善され、光吸収範囲が紫外光から可視光まで拡大され、二酸化チタンナノワイヤの利用率が向上する。材料の光電子生成能力を向上させる光。
新しい TiO2 ナノワイヤ、NiS/TiO2 ナノ複合材料、および Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料の UV/Vis 拡散反射スペクトル。
図上。図１１は、可視光照射下におけるＡｇ／ＮｉＳ／ＴｉＯ ２ ナノ複合材料の光化学的耐食性のメカニズムを示す。銀ナノ粒子、硫化ニッケル、二酸化チタンの伝導帯の電位分布に基づいて、耐食性のメカニズムの考えられるマップを提案します。ナノ銀の伝導帯電位は硫化ニッケルに比べて負であり、硫化ニッケルの伝導帯電位は二酸化チタンに比べて負であるため、電子の流れの方向は大まかにAg→NiS→TiO2→304ステンレス鋼となります。ナノ複合材料の表面に光が照射されると、ナノ銀の表面プラズモン共鳴の効果により、ナノ銀は光生成正孔と電子を素早く生成することができ、光生成電子は励起により価電子帯位置から伝導帯位置に素早く移動する。二酸化チタンと硫化ニッケル。銀ナノ粒子の導電率は硫化ニッケルの導電率よりも負であるため、銀ナノ粒子のTS内の電子は急速に硫化ニッケルのTSに変換されます。硫化ニッケルの伝導電位は二酸化チタンの伝導電位よりも負であるため、硫化ニッケルの電子と銀の伝導性が二酸化チタンのCBに急速に蓄積します。生成された光生成電子はチタンマトリックスを通って 304 ステンレス鋼の表面に到達し、濃縮された電子は 304 ステンレス鋼の陰極酸素還元プロセスに参加します。このプロセスにより、陰極反応が減少し、同時に 304 ステンレス鋼の陽極溶解反応が抑制され、それによってステンレス鋼 304 の陰極保護が実現します。Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料内のヘテロ接合の電界の形成により、ナノ複合材料の導電電位がより負の位置にシフトされ、これにより 304 ステンレス鋼の陰極保護効果がより効果的に向上します。
可視光における Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料の光電気化学的防食プロセスの概略図。
この研究では、単純な浸漬および光還元法により、硫化ニッケルおよび硫化銀のナノ粒子が TiO2 ナノワイヤの表面に合成されました。304 ステンレス鋼上の Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料の陰極防食に関する一連の研究が実施されました。形態学的特徴、組成の分析、および光吸収特性の分析に基づいて、次の主な結論が得られました。
硫化ニッケルの含浸・堆積サイクル数が 6、光還元用の硝酸銀濃度が 0.1 mol/l の場合、得られた Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料は、304 ステンレス鋼に対してより優れた陰極保護効果を示しました。飽和カロメル電極と比較して、保護電位は -925 mV に達し、保護電流は 410 μA/cm2 に達します。
ヘテロ接合電場が Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料界面に形成され、光生成された電子と正孔の分離力が向上します。同時に光の利用効率が向上し、光の吸収範囲が紫外領域から可視領域にまで広がります。ナノコンポジットは、4 サイクル後も良好な安定性を備えた元の状態を維持します。
実験的に調製された Ag/NiS/TiO2 ナノ複合材料は、均一で緻密な表面を持っています。硫化ニッケルと銀のナノ粒子がTiO2ナノワイヤーの表面に均一に配合されています。コバルトフェライトと銀の複合ナノ粒子は高純度です。
Li、MC、Luo、SZ、Wu、PF、Shen、JN 3% NaCl 溶液中での炭素鋼用 TiO2 フィルムの光電陰極保護効果。 Li、MC、Luo、SZ、Wu、PF、Shen、JN 3% NaCl 溶液中での炭素鋼用 TiO2 フィルムの光電陰極保護効果。 Li、MC、Luo、SZ、Wu、PF、Shen、JN Эффект фотокатодной защиты пленок TiO2 для углеродистой стали в 3% растворах NaCl. Li、MC、Luo、SZ、Wu、PF、Shen、JN 3% NaCl 溶液中での炭素鋼用 TiO2 フィルムの光電面保護効果。 Li、MC、Luo、SZ、Wu、PF、Shen、JN TiO2 薄膜は、3% NaCl 溶液中で、シリコンの光を保護します。 Li、MC、Luo、SZ、Wu、PF、Shen、JN TiO2 薄膜は、3% NaCl 溶液中で、シリコンの光を保護します。 Li、MC、Luo、SZ、Wu、PF、Shen、JN より、TiO2 と 3% の NaCl が測定されました。 Li、MC、Luo、SZ、Wu、PF、Shen、JN 3% NaCl 溶液中の TiO2 薄膜による炭素鋼の光電面保護。電気化学。Acta 50、3401–3406 (2005)。
Li、J.、Lin、CJ、Lai、YK、Du、RG ステンレス鋼上の花のようなナノ構造の N ドープ TiO2 膜の光生成陰極防食。 Li、J.、Lin、CJ、Lai、YK、Du、RG ステンレス鋼上の花のようなナノ構造の N ドープ TiO2 膜の光生成陰極防食。Lee、J.、Lin、SJ、Lai、YK、および Du、RG ステンレス鋼上の花の形をしたナノ構造の窒素ドープ TiO2 膜の光生成陰極防食。 Li、J.、Lin、CJ、Lai、YK、Du、RG 花状シリコン構造Nは、不純物上のTiO2薄膜を覆い、発光を保護します。 リー、J.、リン、CJ、ライ、YK、デュ、RG。Lee、J.、Lin、SJ、Lai、YK、および Du、RG ステンレス鋼上の窒素ドープ TiO2 花形ナノ構造薄膜の光生成陰極防食。サーフィンコート。テクノロジー 205、557–564 (2010)。
Zhou、MJ、Zeng、ZO、Zhong、L. ナノサイズの TiO2/WO3 コーティングの光生成カソード保護特性。 Zhou、MJ、Zeng、ZO、Zhong、L. ナノサイズの TiO2/WO3 コーティングの光生成カソード保護特性。Zhou、MJ、Zeng、ZO、Zhong、L. TiO2/WO3 ナノスケール コーティングの光生成陰極保護特性。 Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. シリコン TiO2/WO3 コーティングの光生成保護性能。 Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. シリコン TiO2/WO3 コーティングの光生成保護性能。Zhou MJ、Zeng ZO、Zhong L. ナノ TiO2/WO3 コーティングの光生成陰極保護特性。コロス。科学。51、1386–1397 (2009)。
Park, H.、Kim, KY、Choi, W. 半導体光陽極を使用した金属腐食防止のための光電気化学的アプローチ。 Park, H.、Kim, KY、Choi, W. 半導体光陽極を使用した金属腐食防止のための光電気化学的アプローチ。Park、H.、Kim、K.Yu.半導体光陽極を使用した金属腐食防止への光電気化学的アプローチ。 Park, H.、Kim, KY、および Choi, W. は、金属の腐食を防ぐ半導体光電気化学的手法を使用しました。 パク・H、ケンタッキー州キム、チョイ・W.パク・H、キム・ケイ半導体光陽極を使用して金属の腐食を防止するための光電気化学的方法。J.物理学。化学。V. 106、4775–4781 (2002)。
Shen, GX、Chen, YC、Lin, L.、Lin, CJ & Scantlebury, D. 疎水性ナノ TiO2 コーティングとその金属の腐食防止特性に関する研究。 Shen, GX、Chen, YC、Lin, L.、Lin, CJ & Scantlebury, D. 疎水性ナノ TiO2 コーティングとその金属の腐食防止特性に関する研究。 Shen、GX、Chen、YC、Lin、L.、Lin、CJ、Scantlebury、D. Исследование гидрофобного покрытия из нано-TiO2 и его свойств для защиты металлов от кор розии。 Shen, GX、Chen, YC、Lin, L.、Lin, CJ & Scantlebury, D. 疎水性ナノ TiO2 コーティングとその金属腐食防止特性の研究。 Shen, GX、Chen, YC、Lin, L.、Lin, CJ & Scantlebury, D. は、水酸化二酸化チタン塗装およびその金属腐食防止性能の研究を行った。 Shen, GX、Chen, YC、Lin, L.、Lin, CJ & Scantlebury, D. 疵水ナノ二酸化チタンコーティングとその金属腐食防止特性の研究。 Shen、GX、Chen、YC、Lin、L.、Lin、CJ、Scantlebury、D。 Shen、GX、Chen、YC、Lin、L.、Lin、CJ、Scantlebury、D. ナノ TiO2 の疎水性コーティングとその金属の腐食防止特性。電気化学。Acta 50、5083–5089 (2005)。
Yun, H.、Li, J.、Chen, HB & Lin, CJ ステンレス鋼の防食のための N、S、Cl 修飾ナノ TiO2 コーティングに関する研究。 Yun, H.、Li, J.、Chen, HB & Lin, CJ ステンレス鋼の防食のための N、S、Cl 修飾ナノ TiO2 コーティングに関する研究。Yun, H.、Li, J.、Chen, HB および Lin, SJ ステンレス鋼の腐食防止のために窒素、硫黄、塩素で修飾されたナノ TiO2 コーティングの研究。 Yun, H.、Li, J.、Chen, HB & Lin, CJ は、N、S および Cl 変性シリコン二酸化ナトリウムコーティングを耐腐食性の研究に使用しました。 Yun, H.、Li, J.、Chen, HB & Lin, CJ N、S和Cl Yun、H.、Li、J.、Chen、HB & Lin、CJ Покрытия N、S и Cl、модифициров​​анные нано-TiO2、для защиты от коррозии нержавеющей стали。 Yun、H.、Li、J.、Chen、HB、Lin、CJ ステンレス鋼の腐食保護のための Nano-TiO2 改質 N、S、および Cl コーティング。電気化学。第 52 巻、6679 ～ 6685 (2007)。
Zhu、YF、Du、RG、Chen、W.、Qi、HQ、Lin、CJ ゾルゲル法と水熱法を組み合わせて調製した三次元チタン酸ナノワイヤネットワークフィルムの光電陰極保護特性。 Zhu、YF、Du、RG、Chen、W.、Qi、HQ、Lin、CJ ゾルゲル法と水熱法を組み合わせて調製した三次元チタン酸ナノワイヤネットワークフィルムの光電陰極保護特性。 Zhu、YF、Du、RG、Chen、W.、Qi、HQ & Lin、CJ の Фотокатодные свойства трехмерных сетчатых пленок титанатных нанопроволок, при готовленных комбинированным золь-гель и гидротермическим методом. Zhu、YF、Du、RG、Chen、W.、Qi、HQ & Lin、CJ ゾルゲル法と水熱法を組み合わせて調製したチタン酸ナノワイヤの三次元ネットフィルムの光電面保護特性。 Zhu、YF、Du、RG、Chen、W.、Qi、HQ、および Lin、CJ は、三リン酸塩ネットワーク薄膜の光強度保護性能を、溶剤凝固法と水熱法によって作製しました。 Zhu、YF、Du、RG、Chen、W.、Qi、HQ、および Lin、CJ。消铺铲和水熱法発水小水小水化用電線電影電影の保護特性。 Zhu、YF、Du、RG、Chen、W.、Qi、HQ & Lin、CJ は、 трехмерных тонких пленок из сетки нанопроволок титаната, приготовленных золь-гель и гидротермическими методами. Zhu、YF、Du、RG、Chen、W.、Qi、HQ & Lin、CJ ゾルゲル法および水熱法によって調製された三次元チタン酸ナノワイヤネットワーク薄膜の光電陰極保護特性。電気化学。communication 12, 1626–1629 (2010)。
Lee、JH、Kim、SI、Park、SM、Kang、M. 二酸化炭素をメタンに効率的に光還元するための pn ヘテロ接合 NiS 増感 TiO2 光触媒システム。 Lee、JH、Kim、SI、Park、SM、Kang、M. 二酸化炭素をメタンに効率的に光還元するための pn ヘテロ接合 NiS 増感 TiO2 光触媒システム。Lee、JH、Kim、SI、Park、SM、および Kang, M。二酸化炭素をメタンに効率的に光還元するための pn ヘテロ接合 NiS 増感 TiO2 光触媒システム。 Lee, JH、Kim, SI、Park, SM & Kang, M. 二酸化炭素の高効率光をメチルに変換するために使用される、NiS 増感 TiO2 光触媒システムの 1 つ。 Lee、JH、Kim、SI、Park、SM、Kang、M.Lee、JH、Kim、SI、Park、SM、および Kang, M。二酸化炭素をメタンに効率的に光還元するための pn ヘテロ接合 NiS 増感 TiO2 光触媒システム。セラミックス。解釈。43、1768–1774 (2017)。
王、QZら。CuS と NiS は、TiO2 上での光触媒による水素発生を促進する助触媒として機能します。解釈。J.ハイドロ。エネルギー 39、13421–13428 (2014)。
Liu, Y. & Tang, C. NiS ナノ粒子の表面充填による TiO2 ナノシート フィルム上の光触媒による H2 発生の強化。 Liu, Y. & Tang, C. NiS ナノ粒子の表面充填による TiO2 ナノシート フィルム上の光触媒による H2 発生の強化。Liu, Y. および Tang, K. NiS ナノ粒子の表面充填による TiO2 ナノシート フィルムにおける光触媒による H2 放出の強化。 Liu, Y. および Tang, C. は、NiS 粒子を表面に担持することにより、TiO2 シート薄膜上の光触媒生成ガスを増加させた。 Liu, Y. & Tang, C.Liu, Y. および Tang, K. 表面に NiS ナノ粒子を堆積することにより、TiO2 ナノシートの薄膜上での光触媒による水素生成が改善されました。ラス。J.物理学。化学。A 90、1042–1048 (2016)。
Huang, XW & Liu, ZJ 陽極酸化法と化学酸化法で作製した Ti-O ベースのナノワイヤー膜の構造と特性の比較研究。 Huang, XW & Liu, ZJ 陽極酸化法と化学酸化法で作製した Ti-O ベースのナノワイヤー膜の構造と特性の比較研究。 Huang、XW & Liu、ZJ Сравнительное исследование структуры и свойств пленок нанопроводов на основе Ti-O, полученных методами анодир ования と химического окисления。 Huang, XW & Liu, ZJ 陽極酸化法と化学酸化法によって得られた Ti-O ナノワイヤ フィルムの構造と特性の比較研究。 Huang、XWおよびLiu、ZJは、酸化法および化学酸化法で製造されたTi-Oベース線薄膜の構造および性能を比較研究した。 Huang、XW および Liu、ZJ の酸化法および化学酸化法による Ti-O メチル基薄膜の構造と特性の比較研究。 Huang、XW & Liu、ZJ Сравнительное исследование структуры и свойств тонких пленок из нанопроволоки на основе Ti-O, полученных ано дированием и химическим окислением。 Huang, XW & Liu, ZJ 陽極酸化と化学酸化によって調製された Ti-O ナノワイヤ薄膜の構造と特性の比較研究。J. 母校。科学技術 30、878–883 (2014)。
Li、H.、Wang、XT、Liu、Y.、Hou、BR は、可視光下で 304SS を保護するために、Ag と SnO2 を共増感した TiO2 光アノードを開発しました。 Li、H.、Wang、XT、Liu、Y.、Hou、BR は、可視光下で 304SS を保護するために、Ag と SnO2 を共増感した TiO2 光アノードを開発しました。 Li、H.、Wang、XT、Liu、Y.、Hou、BR Ag と SnO2 を測定し、TiO2 を測定しました。304SS と測定しました。 Li、H.、Wang、XT、Liu、Y.、Hou、BR Ag と SnO2 は、可視光下で 304SS を保護するために TiO2 光アノードを共増感しました。 Li、H.、Wang、XT、Liu、Y.およびHou、BR AgおよびSnO2は、可視下で保護するためにTiO2光電極を使用した。 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 видимом свете。 Li、H.、Wang、XT、Liu、Y.、Hou、BR 304SS の可視光シールド用に Ag と SnO2 を共増感した TiO2 光アノード。コロス。科学。82、145–153 (2014)。
Wen、ZH、Wang、N.、Wang、J.、Hou、BR は、可視光下で 304 SS を光電陰極保護するために、Ag と CoFe2O4 を共増感した TiO2 ナノワイヤを開発しました。 Wen、ZH、Wang、N.、Wang、J.、Hou、BR は、可視光下で 304 SS を光電陰極保護するために、Ag と CoFe2O4 を共増感した TiO2 ナノワイヤを開発しました。Wen、ZH、Wang、N.、Wang、J.、および Howe、BR Ag および CoFe2O4 は、可視光での 304 SS 光電面保護のために TiO2 ナノワイヤで共増感されました。 Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag および CoFe2O4 は、可視光下で 304 SS を光電極保護するために TiO2 線を共働化しました。 Wen、ZH、Wang、N.、Wang、J.、Hou、BR AgWen、ZH、Wang、N.、Wang、J.、および Howe、BR は、可視光における 304 SS 光電面保護のために、Ag および CoFe2O4 を共増感した TiO2 ナノワイヤを開発しました。解釈。J.電気化学。科学。13、752–761 (2018)。
Bu, YY & Ao, JP 金属用の光電気化学陰極保護半導体薄膜に関する総説。 Bu, YY & Ao, JP 金属用半導体薄膜の光電気化学的陰極防食に関する総説。 Bu, YY & Ao, JP Обзор фотоэлектрохимической катодной защиты тонких полупроводниковых пленок для металлов. Bu, YY & Ao, JP 金属の半導体薄膜の光電気化学的陰極防食のレビュー。 Bu、YYおよびAo、JPの金属光電気化学的保護半導体薄膜について説明されている。 Bu, YY & Ao, JP メタライゼーション光電光電極電気効果電光設計。 Bu、YY & Ao、JP Обзор металлической фотоэлектрохимической катодной защиты тонких полупроводниковых пленок. Bu, YY & Ao, JP 半導体薄膜の金属光電気化学的陰極保護の概説。グリーンエネルギー環境。2、331–362 (2017)。