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TiO2는 광전 변환에 사용되는 반도체 재료입니다.빛의 사용을 개선하기 위해 간단한 침지 및 광환원 방법으로 TiO2 나노선 표면에 니켈 및 황화은 나노입자를 합성했습니다.304 스테인레스 스틸에 대한 Ag/NiS/TiO2 나노복합체의 음극 보호 작용에 대한 일련의 연구가 수행되었으며 재료의 형태, 구성 및 광 흡수 특성이 보완되었습니다.그 결과 준비된 Ag/NiS/TiO2 나노복합체는 황화니켈 함침-침전 주기가 6회이고 질산은 광환원 농도가 0.1M일 때 304 스테인리스강에 대해 최상의 음극 보호를 제공할 수 있음을 보여줍니다.
태양광을 이용한 광음극 보호를 위한 n형 반도체의 응용은 최근 화두가 되고 있다.태양광에 의해 여기되면 반도체 재료의 가전자대(VB)의 전자가 전도대(CB)로 여기되어 광전자를 생성합니다.반도체 또는 나노복합체의 전도대 전위가 결합된 금속의 자체 에칭 전위보다 더 음인 경우, 이러한 광 생성 전자는 결합된 금속의 표면으로 이동합니다.전자의 축적은 금속의 음극 분극화로 이어지고 관련된 금속의 음극 보호를 제공합니다1,2,3,4,5,6,7.반도체 재료는 이론적으로 비희생 광양극으로 간주되는데, 그 이유는 양극 반응이 반도체 재료 자체를 분해하는 것이 아니라 광 생성된 정공 또는 흡착된 유기 오염 물질을 통한 물의 산화 또는 광 생성된 정공을 가두기 위한 수집기의 존재 때문입니다.가장 중요한 것은 반도체 재료가 보호되는 금속의 부식 전위보다 더 음의 CB 전위를 가져야 한다는 것입니다.그래야만 광 생성된 전자가 반도체의 전도대에서 보호된 금속으로 이동할 수 있습니다. 광화학적 내식성 연구는 넓은 밴드 갭(3.0–3.2EV)1,2,3,4,5,6,7을 가진 무기 n형 반도체 재료에 초점을 맞추었습니다. 이 재료는 자외선(400nm 미만)에만 반응하여 빛의 가용성을 감소시킵니다. 광화학적 내식성 연구는 넓은 밴드 갭(3.0–3.2EV)1,2,3,4,5,6,7을 가진 무기 n형 반도체 재료에 초점을 맞추었습니다. 이 재료는 자외선(400nm 미만)에만 반응하여 빛의 가용성을 감소시킵니다. Исследования стойкости к Фотохимической коррозии были сосредоточены на на неорганических полупроводниковых материалах n-Tипа с широкой запрещенной зоной (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, которые реагируют только на ультрафиолетовое излучение (< 400 nm), умен ьшение доступности света. 광화학적 내식성에 대한 연구는 자외선(< 400 nm)에만 반응하는 넓은 밴드갭(3.0–3.2 EV)1,2,3,4,5,6,7을 가진 n형 무기 반도체 재료에 초점을 맞추었습니다.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 型半导體材料上，这些材料仅对紫外光（< 400nm)유사광선, 광 투과성.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 有响应, 减少光的可用性. Исследования стойкости к Фотохимической коррозии в основном были сосредоточены на неорганических полупроводниковых матери алах n-типа с широкой запрещенной зоной (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, которые чувствительны только к УФ-излучению (<400 нм). 광화학적 내식성에 대한 연구는 주로 UV 방사선에만 민감한 넓은 밴드갭(3.0–3.2EV)1,2,3,4,5,6,7 n형 무기 반도체 재료에 집중되어 있습니다.(<400nm).이에 대한 응답으로 빛의 가용성이 감소합니다.
해양 부식 방지 분야에서 광전기화학 음극 보호 기술은 중요한 역할을 합니다.TiO2는 우수한 자외선 흡수 및 광촉매 특성을 가진 반도체 재료입니다.그러나 빛의 사용률이 낮기 때문에 광 생성된 전자 정공은 쉽게 재결합하고 어두운 조건에서는 차폐할 수 없습니다.합리적이고 실행 가능한 솔루션을 찾기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.Fe, N 도핑, Ni3S2, Bi2Se3, CdTe 등과의 혼합 등 TiO2의 감광성을 개선하기 위해 많은 표면 개질 방법을 사용할 수 있다고 보고되었습니다..
황화니켈은 ​​밴드갭이 1.24eV8.9에 불과한 좁은 반도체 소재입니다.밴드 갭이 좁을수록 빛의 사용이 더 강해집니다.이산화티타늄 표면에 황화니켈을 혼합한 후 광활용도를 높일 수 있다.이산화티타늄과 결합하여 광 생성된 전자와 정공의 분리 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.황화니켈은 ​​전기 촉매 수소 생산, 배터리 및 오염 물질 분해에 널리 사용됩니다8,9,10.그러나 광음극 보호에서의 사용은 아직 보고되지 않았습니다.본 연구에서는 낮은 TiO2 광 이용 효율 문제를 해결하기 위해 밴드갭이 좁은 반도체 재료를 선택하였다.니켈과 황화은 나노입자는 각각 침지법과 광환원법에 의해 TiO2 나노와이어 표면에 결합되었다.Ag/NiS/TiO2 나노복합체는 광이용 효율을 향상시키고 광흡수 범위를 자외선 영역에서 가시광선 영역으로 확장시킨다.한편, 은 나노입자의 증착은 Ag/NiS/TiO2 나노복합체에 우수한 광학적 안정성과 안정적인 음극 보호를 제공합니다.
먼저 순도 99.9%의 0.1mm 두께의 티타늄 포일을 실험을 위해 30mm×10mm 크기로 절단하였다.그 후, 티타늄 포일의 각 표면을 2500방 사포로 100회 연마한 후 아세톤, 무수 에탄올, 증류수로 차례로 세척하였다.티타늄 플레이트를 85°C(수산화나트륨: 탄산나트륨: 물 = 5:2:100)의 혼합물에 90분 동안 놓고 제거하고 증류수로 헹굽니다.HF 용액(HF:H2O = 1:5)으로 1분간 표면을 식각한 후 아세톤, 에탄올, 증류수로 교대로 세척한 후 건조하여 사용하였다.이산화티타늄 나노와이어는 1단계 아노다이징 공정을 통해 티타늄 포일 표면에 신속하게 제조되었다.아노다이징에는 기존의 2전극 시스템이 사용되며 작동 전극은 티타늄 시트이고 상대 전극은 백금 전극입니다.전극 클램프가 있는 2M NaOH 용액 400ml에 티타늄 판을 놓습니다.DC 전원 공급 전류는 약 1.3A에서 안정적이다. 용액의 온도는 전신 반응 동안 180분 동안 80℃에서 유지되었다.티타늄 시트를 꺼내어 아세톤과 에탄올로 세척하고 증류수로 세척한 후 자연 건조하였다.그런 다음 샘플을 450°C(승온 속도 5°C/분)의 머플로에 놓고 120분 동안 일정한 온도를 유지한 다음 건조 트레이에 넣었습니다.
니켈 황화물-이산화티타늄 복합체는 간단하고 용이한 침지 증착법으로 얻었다.먼저 질산니켈(0.03M)을 에탄올에 녹이고 자기 교반을 20분간 유지하여 질산니켈의 에탄올 용액을 얻었다.그런 다음 메탄올 혼합 용액(메탄올:물 = 1:1)으로 황화나트륨(0.03M)을 준비합니다.그 후, 상기 제조된 용액에 이산화티타늄 정제를 넣고 4분 후 꺼내어 메탄올과 물의 혼합용액(메탄올:물=1:1)으로 1분간 재빨리 세척하였다.표면이 건조된 후 정제를 머플로(muffle furnace)에 넣고 진공에서 380°C에서 20분 동안 가열한 다음 실온으로 냉각하고 건조했습니다.사이클 수 2, 4, 6 및 8.
Ag 나노입자는 광환원에 의해 Ag/NiS/TiO2 나노복합체를 변형시켰다12,13.생성된 Ag/NiS/TiO2 나노복합체를 실험에 필요한 질산은 용액에 넣었다.그런 다음 샘플을 30분 동안 자외선으로 조사하고 표면을 탈이온수로 세척한 후 자연 건조하여 Ag/NiS/TiO2 나노복합체를 얻었다.위에서 설명한 실험 과정은 그림 1에 나와 있습니다.
Ag/NiS/TiO2 나노복합체는 주로 전계 방출 주사 전자 현미경(FESEM), 에너지 분산 분광법(EDS), X선 광전자 분광법(XPS) 및 자외선 및 가시 범위(UV-Vis)의 확산 반사율로 특성화되었습니다.FESEM은 Nova NanoSEM 450 현미경(FEI Corporation, USA)을 사용하여 수행하였다.가속 전압 1kV, 스폿 크기 2.0.이 장치는 CBS 프로브를 사용하여 지형 분석을 위해 2차 및 후방 산란 전자를 수신합니다.EMF는 Oxford X-Max N50 EMF 시스템(Oxford Instruments Technology Co., Ltd.)을 사용하여 15kV의 가속 전압과 3.0의 스폿 크기로 수행되었습니다.특성 X선을 이용한 정성 및 정량 분석X-선 광전자 분광법은 150W의 여기 전력과 여기원으로 단색 Al Kα 방사선(1486.6 eV)을 사용하여 고정 에너지 모드에서 작동하는 Escalab 250Xi 분광기(Thermo Fisher Scientific Corporation, USA)에서 수행되었습니다.전체 스캔 범위 0-1600eV, 총 에너지 50eV, 단계 폭 1.0eV 및 불순 탄소(~284.8eV)가 결합 에너지 전하 보정 기준으로 사용되었습니다.좁은 스캐닝을 위한 통과 에너지는 0.05eV 간격으로 20eV였습니다.UV-가시 영역의 확산 반사 분광법은 스캔 범위 10–80°의 표준 황산바륨 플레이트가 있는 Cary 5000 분광계(Varian, USA)에서 수행되었습니다.
본 연구에서 304 스테인레스강의 조성(중량%)은 0.08C, 1.86Mn, 0.72Si, 0.035P, 0.029s, 18.25Cr, 8.5Ni이고 나머지는 Fe이다.10mm x 10mm x 10mm 304 스테인리스 스틸, 노출 표면적이 1cm2인 에폭시 포팅.그것의 표면은 2400 grit 실리콘 카바이드 샌드페이퍼로 샌딩되고 에탄올로 세척되었습니다.스테인리스 스틸을 탈이온수에서 5분 동안 초음파 처리한 다음 오븐에 보관했습니다.
OCP 실험에서 304 스테인리스 스틸과 Ag/NiS/TiO2 광양극은 각각 부식 셀과 광양극 셀에 배치되었습니다(그림 2).부식 셀을 3.5% NaCl 용액으로 채우고 0.25M Na2SO3를 홀 트랩으로 광양극 셀에 부었습니다.2개의 전해질은 나프톨 막을 사용하여 혼합물로부터 분리되었다.OCP는 전기화학 워크스테이션(P4000+, USA)에서 측정되었습니다.기준 전극은 포화 칼로멜 전극(SCE)이었다.광원(Xenon lamp, PLS-SXE300C, Poisson Technologies Co., Ltd.)과 컷오프 플레이트(420)를 광원의 출구에 배치하여 가시광선이 석영 유리를 통과하여 광양극에 도달하도록 하였다.304 스테인레스 스틸 전극은 구리선으로 광양극에 연결됩니다.실험 전, 304 스테인레스 스틸 전극을 3.5% NaCl 용액에 2시간 동안 담가 안정 상태를 유지하였다.실험 초기에 빛을 켰다 껐다 하면 광양극의 여기된 전자가 와이어를 통해 304 스테인리스강 표면에 도달한다.
광전류 밀도에 대한 실험에서 304SS 및 Ag/NiS/TiO2 광양극을 각각 부식 셀과 광양극 셀에 배치했습니다(그림 3).광전류 밀도는 OCP와 동일한 설정에서 측정되었습니다.304 스테인레스 스틸과 광양극 사이의 실제 광전류 밀도를 얻기 위해 무극성 조건에서 304 스테인레스 스틸과 광양극을 연결하는 제로 저항 전류계로 전위차계를 사용했습니다.이를 위해 실험 설정의 기준 전극과 상대 전극을 단락시켜 전기화학 워크스테이션이 실제 전류 밀도를 측정할 수 있는 제로 저항 전류계로 작동하도록 했습니다.304 스테인레스 스틸 전극은 전기화학 워크스테이션의 접지에 연결되고 광양극은 작동 전극 클램프에 연결됩니다.실험 초기에 빛을 켰다 껐다 하면 와이어를 통해 광양극의 여기된 전자가 304 스테인리스강 표면에 도달한다.이때 304 스테인리스강 표면의 광전류밀도 변화를 관찰할 수 있다.
304 스테인리스강에 대한 나노복합체의 음극 보호 성능을 연구하기 위해 304 스테인리스강과 나노복합체의 광이온화 전위 변화와 나노복합체와 304 스테인리스강 사이의 광이온화 전류 밀도 변화를 테스트했습니다.
무화과에.도 4는 304 스테인리스강 및 나노복합체의 가시광선 조사 및 어두운 조건에서의 개방 회로 전위의 변화를 나타낸다.무화과에.도 4a는 침지(immersion)에 의한 NiS 증착 시간이 개방 회로 전위에 미치는 영향을 나타내고, 그림.도 4b는 광환원 동안 개방 회로 전위에 대한 질산은 농도의 효과를 보여준다.무화과에.도 4a는 304 스테인리스 스틸에 결합된 NiS/TiO2 나노복합체의 개회로 전위가 황화니켈 복합체에 비해 램프가 켜진 순간에 상당히 감소함을 보여준다.또한, 개방 회로 전위는 순수 TiO2 나노와이어보다 더 음수이므로 니켈 황화물 합성물이 더 많은 전자를 생성하고 TiO2로부터 광음극 보호 효과를 향상시킨다는 것을 나타냅니다.그러나 노출이 끝나면 무부하 전위가 스테인리스 스틸의 무부하 전위로 ​​급격히 상승하여 황화니켈이 에너지 저장 효과가 없음을 나타냅니다.개방 회로 전위에 대한 침지 증착 사이클의 수의 효과는 그림 4a에서 관찰할 수 있습니다.6의 증착 시간에서 나노복합체의 극한 전위는 포화된 칼로멜 전극에 비해 -550mV에 이르고, 6배로 증착된 나노복합체의 전위는 다른 조건에서 나노복합체의 전위보다 상당히 낮습니다.따라서 6회 증착 주기 후에 얻은 NiS/TiO2 나노복합체는 304 스테인리스강에 대해 최상의 음극 보호를 제공했습니다.
NiS/TiO2 나노복합체(a) 및 Ag/NiS/TiO2 나노복합체(b)를 사용한 304 스테인리스 강 전극의 OCP 변화(λ > 400 nm).
그림과 같이.도 4b에서, 304 스테인리스강 및 Ag/NiS/TiO2 나노복합체의 개방 회로 전위는 빛에 노출되었을 때 상당히 감소하였다.은 나노입자의 표면 증착 후 개방 회로 전위는 순수한 TiO2 나노와이어에 비해 상당히 감소했습니다.NiS/TiO2 나노복합체의 전위는 보다 음수이며, 이는 Ag 나노입자가 증착된 후 TiO2의 음극 보호 효과가 크게 향상됨을 나타냅니다.개방전위는 노출 말미에 급격하게 증가하였으며, 포화 칼로멜 전극과 비교하여 개방전위는 -580mV에 도달하여 304 스테인리스강(-180mV)보다 낮았다.이 결과는 은 입자가 표면에 증착된 후 나노복합체가 현저한 에너지 저장 효과를 가짐을 나타낸다.무화과에.도 4b는 또한 개방 회로 전위에 대한 질산은 농도의 효과를 보여준다.0.1M의 질산은 농도에서 포화 칼로멜 전극에 대한 제한 전위는 -925mV에 도달합니다.4회 적용 사이클 후, 전위는 첫 번째 적용 이후의 수준으로 유지되었으며, 이는 나노복합체의 우수한 안정성을 나타냅니다.따라서 0.1M의 질산은 농도에서 생성된 Ag/NiS/TiO2 나노복합물은 304 스테인리스강에 대해 최고의 음극 보호 효과를 나타냅니다.
TiO2 나노와이어 표면의 NiS 증착은 NiS 증착 시간이 증가함에 따라 점진적으로 개선됩니다.가시광선이 나노와이어 표면에 닿으면 더 많은 황화니켈 활성 부위가 여기되어 전자를 생성하고 광이온화 포텐셜이 더 많이 감소한다.그러나 표면에 황화니켈 나노입자가 과도하게 증착되면 여기된 황화니켈이 대신 환원되어 광흡수에 기여하지 못한다.은 입자가 표면에 증착된 후 은 입자의 표면 플라즈몬 공명 효과로 인해 생성된 전자가 304 스테인레스 스틸 표면으로 빠르게 전달되어 우수한 음극 보호 효과를 나타냅니다.너무 많은 은 입자가 표면에 증착되면 은 입자가 광전자와 정공의 재결합점이 되어 광전자 생성에 기여하지 못한다.결론적으로, Ag/NiS/TiO2 나노복합체는 0.1M 질산은 하에서 6배 황화니켈 증착 후 304 스테인리스강에 대해 최상의 음극 보호를 제공할 수 있습니다.
광전류 밀도 값은 광생성된 전자와 정공의 분리력을 나타내며, 광전류 밀도가 클수록 광생성된 전자와 정공의 분리력이 강합니다.NiS가 광촉매 물질의 합성에 널리 사용되어 재료의 광전 특성을 개선하고 정공을 분리한다는 많은 연구 결과가 있습니다15,16,17,18,19,20.Chenet al.귀금속이 없는 그래핀과 NiS15로 공동 변형된 g-C3N4 합성물을 연구했습니다.변형된 g-C3N4/0.25%RGO/3%NiS의 최대 광전류 세기는 0.018μA/cm2이다.Chenet al.약 10 µA/cm2.16의 광전류 밀도로 CdSe-NiS를 연구했습니다.Liu et al.광전류 밀도가 15µA/cm218인 CdS@NiS 합성물을 합성했습니다.그러나 광음극 보호를 위한 NiS의 사용은 아직 보고되지 않았습니다.우리 연구에서 TiO2의 광전류 밀도는 NiS의 변형에 의해 크게 증가했습니다.무화과에.도 5는 304 스테인레스 스틸 및 나노복합체의 가시광선 조건 및 비조명의 광전류 밀도 변화를 나타낸다.그림과 같이.도 5a에서, NiS/TiO2 나노복합체의 광전류 밀도는 빛을 켠 순간 급격히 증가하며, 광전류 밀도는 양의 값을 나타내어 전기화학적 워크스테이션을 통해 나노복합체에서 표면으로의 전자의 흐름을 나타낸다.304 스테인리스 스틸.황화니켈 합성물의 제조 후, 광전류 밀도는 순수한 TiO2 나노와이어보다 더 크다.NiS의 광전류 밀도는 NiS를 6회 침지 및 증착했을 때 TiO2 나노와이어(32μA/cm2)보다 6.8배 높은 220μA/cm2에 이른다.그림과 같이.도 5b에 도시된 바와 같이, 크세논 램프 하에서 켜졌을 때 Ag/NiS/TiO2 나노복합체와 304 스테인리스강 사이의 광전류 밀도는 순수한 TiO2와 NiS/TiO2 나노복합체 사이의 광전류 밀도보다 상당히 높았다.무화과에.그림 5b는 또한 광 환원 동안 광전류 밀도에 대한 AgNO 농도의 영향을 보여줍니다.0.1M의 질산은 농도에서 광전류 밀도는 410μA/cm2에 이르며, 이는 TiO2 나노와이어(32μA/cm2)보다 12.8배, NiS/TiO2 나노복합체보다 1.8배 높다.이종접합 전기장은 Ag/NiS/TiO2 나노복합체 계면에 형성되어 광생성된 전자를 정공으로부터 분리하는 것을 용이하게 합니다.
조명 유무에 따른 (a) NiS/TiO2 나노복합체 및 (b) Ag/NiS/TiO2 나노복합체를 포함하는 304 스테인리스강 전극의 광전류 밀도 변화(λ > 400 nm).
따라서, 0.1 M 농축된 질산은에 황화니켈 침지 증착의 6 사이클 후에, Ag/NiS/TiO2 나노복합체와 304 스테인리스강 사이의 광전류 밀도는 포화 칼로멜보다 높은 410 μA/cm2에 도달한다.전극은 -925mV에 도달합니다.이러한 조건에서 Ag/NiS/TiO2와 결합된 304 스테인리스강은 최상의 음극 보호를 제공할 수 있습니다.
무화과에.도 6은 최적의 조건에서 순수 이산화티타늄 나노와이어, 복합 황화니켈 나노입자 및 은 나노입자의 표면전자현미경 이미지를 나타낸 것이다.무화과에.도 6a, d는 단일 단계 양극 산화에 의해 얻어진 순수한 TiO2 나노와이어를 보여준다.이산화티타늄 나노와이어의 표면 분포가 균일하고, 나노와이어의 구조가 서로 근접하며, 기공 크기 분포가 균일하다.도 6b 및 e는 황화니켈 복합체의 6배 함침 및 증착 후 이산화티타늄의 전자 현미경 사진이다.도 6e의 200,000배 확대한 전자현미경 이미지로부터 황화니켈 복합 나노입자가 비교적 균질하고 직경이 약 100-120nm의 큰 입자 크기를 가짐을 알 수 있다.일부 나노입자는 나노와이어의 공간적 위치에서 관찰될 수 있으며, 이산화티타늄 나노와이어가 선명하게 보인다.무화과에.6c,f는 0.1 M의 AgNO 농도에서 NiS/TiO2 나노복합체의 전자현미경 이미지를 보여준다.6b 및 그림.6e, 그림.6c 및 그림.도 6f는 Ag 나노입자가 약 10 nm 직경으로 균일하게 분포된 Ag 나노입자가 복합재료의 표면에 증착되었음을 보여준다.무화과에.도 7은 0.1 M의 AgNO3 농도에서 NiS 딥 증착의 6 사이클을 받은 Ag/NiS/TiO2 나노필름의 단면을 보여준다. 고배율 이미지로부터 측정된 필름 두께는 240-270 nm였다.따라서 니켈 및 황화은 나노입자는 TiO2 나노와이어 표면에 조립된다.
순수한 TiO2(a, d), 6주기의 NiS 딥 증착이 있는 NiS/TiO2 나노복합체(b, e) 및 0.1M AgNO3에서 NiS 딥 증착의 6주기가 있는 Ag/NiS/NiS TiO2 나노복합체의 SEM 이미지(c, e).
0.1 M의 AgNO3 농도에서 6주기의 NiS 딥 증착을 거친 Ag/NiS/TiO2 나노필름의 단면.
무화과에.도 8은 0.1 M의 질산은 농도에서 황화니켈 딥 증착의 6 사이클로부터 얻어진 Ag/NiS/TiO2 나노복합물의 표면에 대한 원소의 표면 분포를 나타낸다. 원소의 표면 분포는 Ti, O, Ni, S 및 Ag가 검출되었음을 나타낸다.에너지 분광법을 사용합니다.함유량으로 보면 Ti와 O가 분포에서 가장 흔한 원소이며, Ni와 S는 거의 같지만 함량은 Ag보다 훨씬 낮다.표면 복합 은나노입자의 양이 황화니켈보다 많다는 것도 증명할 수 있다.표면의 균일한 원소 분포는 니켈과 황화은이 TiO2 나노와이어 표면에 균일하게 결합되어 있음을 나타냅니다.물질의 특정 조성 및 결합 상태를 분석하기 위해 X-선 광전자 분광 분석을 추가로 수행했습니다.
NiS 딥 증착의 6주기 동안 0.1M의 AgNO3 농도에서 Ag/NiS/TiO2 나노복합체의 원소(Ti, O, Ni, S 및 Ag) 분포.
무화과에.그림 9는 0.1M AgNO3에 침지하여 황화니켈 증착의 6주기를 사용하여 얻은 Ag/NiS/TiO2 나노복합체의 XPS 스펙트럼을 보여줍니다.9a는 전체 스펙트럼이고 나머지 스펙트럼은 요소의 고해상도 스펙트럼입니다.도 9a의 전체 스펙트럼에서 볼 수 있듯이, Ti, O, Ni, S 및 Ag의 흡수 피크가 나노복합체에서 발견되어 이들 5가지 원소의 존재를 증명한다.테스트 결과는 EDS에 따랐습니다.그림 9a의 초과 피크는 샘플의 결합 에너지를 보정하는 데 사용되는 탄소 피크입니다.무화과에.도 9b는 Ti의 고해상도 에너지 스펙트럼을 보여준다.2p 오비탈의 흡수 피크는 Ti 2p3/2 및 Ti 2p1/2 오비탈의 흡수에 해당하는 459.32 및 465 eV에 위치합니다.두 개의 흡수 피크는 티타늄이 TiO2의 Ti에 해당하는 Ti4+ 원자가를 가지고 있음을 증명합니다.
Ag/NiS/TiO2 측정의 XPS 스펙트럼(a) 및 Ti2p(b), O1s(c), Ni2p(d), S2p(e) 및 Ag 3d(f)의 고해상도 XPS 스펙트럼.
무화과에.도 9d는 Ni 2p 오비탈에 대한 4개의 흡수 피크를 갖는 고해상도 Ni 에너지 스펙트럼을 나타낸다.856 및 873.5 eV에서의 흡수 피크는 Ni 2p3/2 및 Ni 2p1/2 8.10 오비탈에 해당하며, 여기서 흡수 피크는 NiS에 속합니다.881 및 863 eV의 흡수 피크는 질산니켈에 대한 것이며 샘플 준비 중 질산니켈 시약에 의해 발생합니다.무화과에.도 9e는 고해상도 S-스펙트럼을 보여준다.S 2p 오비탈의 흡수 피크는 161.5 및 168.1 eV에 위치하며, 이는 S 2p3/2 및 S 2p1/2 오비탈 21, 22, 23, 24에 해당합니다. 이 두 피크는 황화니켈 화합물에 속합니다.169.2 및 163.4 eV의 흡수 피크는 황화나트륨 시약에 대한 것입니다.무화과에.도 9f는 은의 3d 오비탈 흡수 피크가 각각 368.2 및 374.5 eV에 위치한 고해상도 Ag 스펙트럼을 나타내며, 두 개의 흡수 피크는 Ag 3d5/2 및 Ag 3d3/212, 13의 흡수 궤도에 해당한다. 이 두 위치의 피크는 은 나노입자가 원소 은 상태로 존재함을 증명한다.따라서 나노복합체는 주로 Ag, NiS 및 TiO2로 구성되어 있으며 X선 광전자 분광법으로 측정하여 TiO2 나노선 표면에 니켈 및 황화은 나노입자가 성공적으로 결합되었음을 입증하였다.
무화과에.도 10은 새로 제조된 TiO2 나노와이어, NiS/TiO2 나노복합체 및 Ag/NiS/TiO2 나노복합체의 UV-VIS 확산 반사율 스펙트럼을 보여준다.그림에서 TiO2 나노와이어의 흡수 임계값은 약 390nm이며 흡수된 빛은 주로 자외선 영역에 집중되어 있음을 알 수 있습니다.이산화티타늄 나노와이어(21, 22) 표면에 니켈과 황화은 나노입자가 결합된 후 흡수된 빛이 가시광선 영역으로 전파됨을 도면에서 알 수 있다.동시에, 나노복합체는 UV 흡수를 증가시켰는데, 이는 황화니켈의 좁은 밴드 갭과 관련이 있습니다.밴드 갭이 좁을수록 전자 전이에 대한 에너지 장벽이 낮아지고 빛 활용도가 높아집니다.NiS/TiO2 표면에 은나노입자를 혼합한 후, 주로 은나노입자 표면의 플라즈몬 공명 효과로 인해 흡수강도와 빛의 파장이 크게 증가하지 않았다.TiO2 나노와이어의 흡수 파장은 복합 NiS 나노입자의 좁은 밴드 갭에 비해 크게 향상되지 않습니다.요약하면, 이산화티타늄 나노선 표면에 황화니켈과 은나노입자를 복합화한 후 광흡수 특성이 크게 향상되고 광흡수 범위가 자외선에서 가시광선까지 확장되어 이산화티타늄 나노선의 이용률이 향상된다.광전자를 생성하는 물질의 능력을 향상시키는 빛.
새로운 TiO2 나노와이어, NiS/TiO2 나노복합재 및 Ag/NiS/TiO2 나노복합재의 UV/Vis 확산 반사율 스펙트럼.
무화과에.도 11은 가시광선 조사 하에서 Ag/NiS/TiO2 나노복합체의 광화학적 부식 저항성 메커니즘을 보여준다.은나노입자, 황화니켈, 이산화티타늄의 전도대 전위분포를 기반으로 내식성 메커니즘의 가능한 지도를 제안한다.나노실버의 전도대 전위는 황화니켈에 비해 음이고 황화니켈의 전도대 전위는 이산화티타늄에 비해 음이기 때문에 전자 흐름의 방향은 대략 Ag→NiS→TiO2→304 스테인리스강이다.나노복합체의 표면에 빛을 조사하면 나노은의 표면 플라즈몬 공명 효과로 인해 나노은은 빠르게 광생성된 정공과 전자를 생성할 수 있으며, 광생성된 전자는 여기(excitation)에 의해 가전자대 위치에서 전도대 위치로 빠르게 이동한다.이산화티타늄과 황화니켈.은 나노입자의 전도도는 황화니켈보다 음(-)이기 때문에 은나노입자의 TS에 있는 전자는 급속히 황화니켈의 TS로 변환된다.황화니켈의 전도 전위는 이산화티타늄보다 음전위이므로 황화니켈의 전자와 은의 전도도는 이산화티타늄의 CB에 급속히 축적된다.생성된 광전자는 티타늄 매트릭스를 통해 304 스테인리스강 표면에 도달하고, 농축된 전자는 304 스테인리스강의 음극 산소 환원 공정에 참여한다.이 공정은 음극 반응을 감소시키는 동시에 304 스테인레스 스틸의 양극 용해 반응을 억제하여 스테인레스 스틸 304의 음극 보호를 실현합니다. Ag/NiS/TiO2 나노복합체에서 이종접합의 전계 형성으로 인해 나노복합체의 전도성 전위가 보다 음의 위치로 이동하여 304 스테인레스강의 음극 보호 효과를 보다 효과적으로 향상시킵니다.
가시광선에서 Ag/NiS/TiO2 나노복합체의 광전기화학적 부식 방지 공정의 개략도.
이 연구에서는 간단한 침지 및 광환원 방법으로 TiO2 나노선 표면에 니켈 및 황화은 나노입자를 합성하였다.304 스테인리스강에서 Ag/NiS/TiO2 나노복합체의 음극 보호에 대한 일련의 연구가 수행되었습니다.형태학적 특성, 조성 분석 및 광흡수 특성 분석을 바탕으로 다음과 같은 주요 결론을 얻었다.
황화니켈의 여러 함침-증착 사이클과 0.1 mol/l의 광환원을 위한 질산은의 농도로 생성된 Ag/NiS/TiO2 나노복합물은 304 스테인리스강에서 더 나은 음극 보호 효과를 나타냈습니다.포화 칼로멜 전극과 비교할 때 보호 전위는 -925mV에 도달하고 보호 전류는 410μA/cm2에 이릅니다.
Ag/NiS/TiO2 나노복합체 계면에 이종접합 전기장이 형성되어 광생성된 전자와 정공의 분리력을 향상시킨다.동시에 빛의 이용 효율이 증가하고 빛의 흡수 범위가 자외선 영역에서 가시광선 영역으로 확장됩니다.나노복합물은 4주기 후에도 양호한 안정성으로 여전히 원래 상태를 유지합니다.
실험적으로 준비된 Ag/NiS/TiO2 나노복합체는 균일하고 조밀한 표면을 가지고 있습니다.TiO2 나노와이어 표면에는 황화니켈과 은나노입자가 균일하게 배합되어 있다.복합 코발트 페라이트와 은 나노 입자는 순도가 높습니다.
Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN 3% NaCl 용액에서 탄소강에 대한 TiO2 필름의 광음극 보호 효과. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN 3% NaCl 용액에서 탄소강에 대한 TiO2 필름의 광음극 보호 효과. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN 3% NaCl 용액에서 탄소강에 대한 TiO2 필름의 광음극 보호 효과. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN TiO2는 3% NaCl에서 溶液中对碳钢的光阴极保护效果이다. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN TiO2는 3% NaCl에서 溶液中对碳钢的光阴极保护效果이다. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN 사진은 3% NaCl에서 TiO2를 사용합니다. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN 3% NaCl 용액에서 TiO2 박막을 사용한 탄소강의 광음극 보호.전기화학Acta 50, 3401–3406(2005).
Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG 스테인리스 스틸에 있는 꽃과 같은 나노 구조의 N 도핑 TiO2 필름의 광 생성 음극 보호. Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG 스테인리스 스틸에 있는 꽃과 같은 나노 구조의 N 도핑 TiO2 필름의 광 생성 음극 보호.Lee, J., Lin, SJ, Lai, YK 및 Du, RG 나노 구조의 질소 도핑된 TiO2 막의 광 음극 보호는 스테인리스 스틸에 꽃 모양을 하고 있습니다. 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 및 Du, RG 스테인리스 스틸에 질소 도핑된 TiO2 꽃 모양의 나노 구조 박막의 광 생성 음극 보호.서핑 A 코트.기술 205, 557–564 (2010).
Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. 나노 크기의 TiO2/WO3 코팅의 광 생성 음극 보호 특성. Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. 나노 크기의 TiO2/WO3 코팅의 광 생성 음극 보호 특성.Zhou, MJ, Zeng, ZO 및 Zhong, L. TiO2/WO3 나노 스케일 코팅의 광 생성 음극 보호 특성. 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 및 Zhong L. 나노-TiO2/WO3 코팅의 광 생성 음극 보호 특성.코로스.과학.51, 1386–1397 (2009).
Park, H., Kim, KY & Choi, W. 반도체 광양극을 이용한 금속 부식 방지를 위한 광전기화학적 접근. Park, H., Kim, KY & Choi, W. 반도체 광양극을 이용한 금속 부식 방지를 위한 광전기화학적 접근.Park, H., Kim, K.Yu.and Choi, V. 반도체 광양극을 이용한 금속 부식 방지에 대한 광전기화학적 접근. 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. 박형식, 김기성, 최원우Park H., Kim K.Yu.및 Choi V. 반도체 광양극을 사용하여 금속의 부식을 방지하기 위한 광전기화학적 방법.J. 물리학.화학적인.V. 106, 4775–4781 (2002).
Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. 소수성 나노-TiO2 코팅 및 금속의 부식 방지 특성에 대한 연구. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. 소수성 나노-TiO2 코팅 및 금속의 부식 방지 특성에 대한 연구. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Исследование гидрофобного покрытия из нано-TiO2 и его свойств для защиты от коррози. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. 금속 부식 방지를 위한 소수성 나노-TiO2 코팅 및 특성 조사. 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. 疵水 나노 이산화 티타늄 코팅 및 금속 부식 방지 특성에 대한 연구. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Гидрофобные покрытия из нано-TiO2 их свойства защиты металлов от коррозии. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. 나노-TiO2의 소수성 코팅 및 금속에 대한 부식 방지 특성.전기화학Acta 50, 5083–5089(2005).
Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ 스테인리스 스틸의 부식 방지를 위한 N, S 및 Cl 수정 나노-TiO2 코팅에 대한 연구. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ 스테인리스 스틸의 부식 방지를 위한 N, S 및 Cl 수정 나노-TiO2 코팅에 대한 연구.Yun, H., Li, J., Chen, HB 및 Lin, SJ 스테인리스강의 부식 방지를 위해 질소, 황 및 염소로 개질된 나노-TiO2 코팅에 대한 조사. 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 Покрытия N, S и Cl, 수정된 nano-TiO2, для защиты от коррозии нержавеющей стали. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Nano-TiO2 수정된 N, S 및 Cl 코팅은 스테인리스 스틸의 부식 방지용입니다.전기화학52권, 6679–6685(2007).
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Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. pn heterojunction NiS-sensitized TiO2 광촉매 시스템은 이산화탄소를 메탄으로 효율적으로 환원시키기 위한 것입니다. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. A pn ​​heterojunction NiS-sensitized TiO2 광촉매 시스템은 이산화탄소를 메탄으로 효율적으로 광환원합니다.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM, and Kang, M. 이산화탄소를 메탄으로 효율적으로 광환원하기 위한 pn-헤테로접합 NiS 감응형 TiO2 광촉매 시스템. 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。 이정호, 김시, 박, 에스엠 & 강미.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM, and Kang, M. 이산화탄소를 메탄으로 효율적으로 광환원하기 위한 pn-헤테로접합 NiS 감응형 TiO2 광촉매 시스템.세라믹.해석.43, 1768–1774 (2017).
Wang, QZet al.CuS와 NiS는 TiO2에서 광촉매 수소 발생을 향상시키는 조촉매 역할을 합니다.해석.J.Hydro.에너지 39, 13421–13428(2014).
Liu, Y. & Tang, C. 표면 로딩 NiS 나노입자에 의한 TiO2 나노 시트 필름에 대한 광촉매 H2 진화의 향상. Liu, Y. & Tang, C. 표면 로딩 NiS 나노입자에 의한 TiO2 나노 시트 필름에 대한 광촉매 H2 진화의 향상.Liu, Y. 및 Tang, K. NiS 나노입자의 표면 부하에 의한 TiO2 나노시트 필름의 광촉매 H2 방출 향상. 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. 및 Tang, K. NiS 나노입자를 표면에 증착하여 TiO2 나노시트의 박막에서 광촉매 수소 생산을 개선했습니다.라스.J. 물리학.화학적인.A 90, 1042–1048 (2016).
Huang, XW & Liu, ZJ 양극 산화 및 화학적 산화 방법으로 제조된 Ti-O 기반 나노와이어 필름의 구조 및 특성에 대한 비교 연구. Huang, XW & Liu, ZJ 양극 산화 및 화학적 산화 방법으로 제조된 Ti-O 기반 나노와이어 필름의 구조 및 특성에 대한 비교 연구. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнительное исследование структуры и свойств пленок нанопроводов на основе Ti-O, полученных методами анодирова ния и химического окисления. Huang, XW & Liu, ZJ 양극 산화 및 화학적 산화 방법으로 얻은 Ti-O 나노와이어 필름의 구조 및 특성에 대한 비교 연구. 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산화법과 화학적 산화법의 준비적 Ti-O기-기-기소소박막 구조와 특성 비교 연구. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнительное исследование структуры и свойств тонких пленок из нанопроволоки на основе Ti-O, полученных анодиро ванием и химическим окислением. Huang, XW & Liu, ZJ 양극 산화 및 화학적 산화에 의해 제조된 Ti-O 나노와이어 박막의 구조 및 특성에 대한 비교 연구.J. 모교.과학 기술 30, 878–883 (2014).
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