Tack för att du besöker Nature.com.Webbläsarversionen du använder har begränsat CSS-stöd.För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer).Under tiden, för att säkerställa fortsatt support, kommer vi att rendera webbplatsen utan stilar och JavaScript.
TiO2 är ett halvledarmaterial som används för fotoelektrisk omvandling.För att förbättra deras användning av ljus, syntetiserades nanopartiklar av nickel och silversulfid på ytan av TiO2 nanotrådar genom en enkel doppnings- och fotoreduktionsmetod.En serie studier av den katodiska skyddsverkan av Ag/NiS/TiO2 nanokompositer på 304 rostfritt stål har utförts, och materialens morfologi, sammansättning och ljusabsorptionsegenskaper har kompletterats.Resultaten visar att de preparerade Ag/NiS/TiO2 nanokompositerna kan ge det bästa katodiska skyddet för 304 rostfritt stål när antalet nickelsulfidimpregnerings-utfällningscykler är 6 och silvernitratfotoreduktionskoncentrationen är 0,1M.
Tillämpningen av halvledare av n-typ för fotokatodskydd med solljus har blivit ett hett ämne de senaste åren.När de exciteras av solljus kommer elektroner från valensbandet (VB) i ett halvledarmaterial att exciteras in i ledningsbandet (CB) för att generera fotogenererade elektroner.Om ledningsbandspotentialen för halvledaren eller nanokompositen är mer negativ än den bundna metallens självetsningspotential, kommer dessa fotogenererade elektroner att överföras till den bundna metallens yta.Ackumuleringen av elektroner kommer att leda till katodisk polarisering av metallen och ge katodiskt skydd av den associerade metallen1,2,3,4,5,6,7.Halvledarmaterialet betraktas teoretiskt som en icke-offrande fotoanod, eftersom den anodiska reaktionen inte bryter ned själva halvledarmaterialet, utan oxidationen av vatten genom fotogenererade hål eller adsorberade organiska föroreningar, eller närvaron av kollektorer för att fånga fotogenererade hål.Det viktigaste är att halvledarmaterialet måste ha en CB-potential som är mer negativ än korrosionspotentialen för den metall som skyddas.Först då kan de fotogenererade elektronerna passera från halvledarens ledningsband till den skyddade metallen. Fotokemiska korrosionsbeständighetsstudier har fokuserat på oorganiska halvledarmaterial av n-typ med breda bandgap (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, som endast reagerar på ultraviolett ljus (< 400 nm), vilket minskar tillgängligheten av ljus. Fotokemiska korrosionsbeständighetsstudier har fokuserat på oorganiska halvledarmaterial av n-typ med breda bandgap (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, som endast reagerar på ultraviolett ljus (< 400 nm), vilket minskar tillgängligheten av ljus. Исследования стойкости к фотохимической коррозии были сосредоточены на неорганических полупроводниковиковых запрещенной зоной (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, которые реагируют только на ультрафиолетовое излучение (< 40 ментие), света. Forskning om fotokemisk korrosionsbeständighet har fokuserat på oorganiska halvledarmaterial av n-typ med ett brett bandgap (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7 som endast reagerar på ultraviolett strålning (< 400 nm), reducerad ljustillgänglighet.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 的无潼n垐无ｼn型些材料仅对紫外光（< 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) 1.52,3,6, 4,52,3,6型 材料 上 ， 这些 材料 仅 对 （<400 nm） 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 朜有响应，减少光的可用性。 Исследования стойкости к фотохимической коррозии в основном были сосредоточены на неорганических полукпрових с широкой запрещенной зоной (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, которые чувствительны только к УФ-излучен0ию (<4). Forskning om fotokemisk korrosionsbeständighet har främst fokuserat på brett bandgap (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7 oorganiska halvledarmaterial av n-typ som endast är känsliga för UV-strålning.(<400 nm).Som svar minskar tillgången på ljus.
Inom området marint korrosionsskydd spelar fotoelektrokemisk katodskyddsteknik en nyckelroll.TiO2 är ett halvledarmaterial med utmärkt UV-ljusabsorption och fotokatalytiska egenskaper.Men på grund av den låga användningshastigheten för ljus kan fotogenererade elektronhål rekombineras lätt och kan inte avskärmas under mörka förhållanden.Ytterligare forskning behövs för att hitta en rimlig och genomförbar lösning.Det har rapporterats att många ytmodifieringsmetoder kan användas för att förbättra ljuskänsligheten hos TiO2, såsom dopning med Fe, N, och blandning med Ni3S2, Bi2Se3, CdTe, etc. Därför används TiO2-komposit med material med hög fotoelektrisk omvandlingseffektivitet i stor utsträckning inom området fotogenererat katodiskt skydd..
Nickelsulfid är ett halvledarmaterial med ett smalt bandgap på endast 1,24 eV8,9.Ju smalare bandgapet är, desto starkare är användningen av ljus.Efter att nickelsulfiden blandats med titandioxidytan kan ljusutnyttjandet ökas.I kombination med titandioxid kan det effektivt förbättra separationseffektiviteten för fotogenererade elektroner och hål.Nickelsulfid används ofta i elektrokatalytisk väteproduktion, batterier och nedbrytning av föroreningar8,9,10.Men dess användning i fotokatodskydd har ännu inte rapporterats.I denna studie valdes ett halvledarmaterial med smalt bandgap för att lösa problemet med låg effektivitet i TiO2-ljusutnyttjande.Nickel- och silversulfidnanopartiklar bands på ytan av TiO2-nanotrådar genom nedsänkning respektive fotoreduktionsmetoder.Ag/NiS/TiO2 nanokompositen förbättrar ljusutnyttjandet och utökar ljusabsorptionsintervallet från det ultravioletta området till det synliga området.Samtidigt ger avsättningen av silvernanopartiklar Ag/NiS/TiO2 nanokompositen utmärkt optisk stabilitet och stabilt katodiskt skydd.
Först skars en titanfolie 0,1 mm tjock med en renhet av 99,9 % till en storlek av 30 mm × 10 mm för experiment.Sedan polerades varje yta av titanfolien 100 gånger med 2500-korn sandpapper och tvättades sedan i tur och ordning med aceton, absolut etanol och destillerat vatten.Placera titanplattan i en blandning av 85 °C (natriumhydroxid: natriumkarbonat: vatten = 5:2:100) i 90 minuter, ta bort och skölj med destillerat vatten.Ytan etsades med HF-lösning (HF:H2O = 1:5) under 1 min, tvättades sedan omväxlande med aceton, etanol och destillerat vatten och torkades slutligen för användning.Titandioxid nanotrådar tillverkades snabbt på ytan av titanfolie genom en anodiseringsprocess i ett steg.För anodisering används ett traditionellt tvåelektrodsystem, arbetselektroden är en titanplåt och motelektroden är en platinaelektrod.Placera titanplattan i 400 ml 2 M NaOH-lösning med elektrodklämmor.Likströmsströmmen är stabil vid ca 1,3 A. Lösningens temperatur hölls vid 80°C under 180 minuter under den systemiska reaktionen.Titanarket togs ut, tvättades med aceton och etanol, tvättades med destillerat vatten och torkades naturligt.Därefter placerades proverna i en muffelugn vid 450°C (uppvärmningshastighet 5°C/min), hölls vid en konstant temperatur i 120 minuter och placerades i en torkbricka.
Nikkelsulfid-titandioxidkompositen erhölls genom en enkel och lätt dopp-avsättningsmetod.Först löstes nickelnitrat (0,03 M) i etanol och hölls under magnetisk omrörning i 20 minuter för att erhålla en etanollösning av nickelnitrat.Förbered sedan natriumsulfid (0,03 M) med en blandad lösning av metanol (metanol:vatten = 1:1).Sedan placerades titandioxidtabletterna i lösningen framställd ovan, togs ut efter 4 minuter och tvättades snabbt med en blandad lösning av metanol och vatten (metanol:vatten=1:1) under 1 minut.Efter att ytan hade torkat placerades tabletterna i en muffelugn, upphettades i vakuum vid 380°C under 20 minuter, kyldes till rumstemperatur och torkades.Antal cykler 2, 4, 6 och 8.
Ag nanopartiklar modifierade Ag/NiS/TiO2 nanokompositer genom fotoreduktion12,13.Den resulterande Ag/NiS/TiO2 nanokompositen placerades i silvernitratlösningen som var nödvändig för experimentet.Därefter bestrålades proverna med ultraviolett ljus i 30 minuter, deras ytor rengjordes med avjoniserat vatten och Ag/NiS/TiO2 nanokompositer erhölls genom naturlig torkning.Den experimentella processen som beskrivs ovan visas i figur 1.
Ag/NiS/TiO2 nanokompositer har huvudsakligen karakteriserats av fältemissionsskanningselektronmikroskopi (FESEM), energidispersiv spektroskopi (EDS), röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) och diffus reflektans i det ultravioletta och synliga området (UV-Vis).FESEM utfördes med användning av ett Nova NanoSEM 450-mikroskop (FEI Corporation, USA).Accelerationsspänning 1 kV, punktstorlek 2,0.Enheten använder en CBS-sond för att ta emot sekundära och tillbakaspridda elektroner för topografianalys.EMF utfördes med användning av ett Oxford X-Max N50 EMF-system (Oxford Instruments Technology Co., Ltd.) med en accelerationsspänning på 15 kV och en punktstorlek på 3,0.Kvalitativ och kvantitativ analys med hjälp av karakteristiska röntgenstrålar.Röntgenfotoelektronspektroskopi utfördes på en Escalab 250Xi-spektrometer (Thermo Fisher Scientific Corporation, USA) som arbetade i ett fast energiläge med en excitationseffekt på 150 W och monokromatisk Al Ka-strålning (1486,6 eV) som excitationskälla.Fullt skanningsintervall 0–1600 eV, total energi 50 eV, stegbredd 1,0 eV och orent kol (~284,8 eV) användes som referenser för korrigering av bindande energiladdning.Passenergin för smal scanning var 20 eV med ett steg på 0,05 eV.Diffus reflektansspektroskopi i det UV-synliga området utfördes på en Cary 5000 spektrometer (Varian, USA) med en standardbariumsulfatplatta i skanningsområdet 10–80°.
I detta arbete är sammansättningen (viktprocent) av 304 rostfritt stål 0,08 C, 1,86 Mn, 0,72 Si, 0,035 P, 0,029 s, 18,25 Cr, 8,5 Ni, och resten är Fe.10 mm x 10 mm x 10 mm 304 rostfritt stål, epoxikruka med 1 cm2 exponerad yta.Dess yta slipades med 2400 grit kiselkarbidsandpapper och tvättades med etanol.Det rostfria stålet sonikerades sedan i avjoniserat vatten i 5 minuter och lagrades sedan i en ugn.
I OCP-experimentet placerades 304 rostfritt stål och en Ag/NiS/TiO2-fotoanod i en korrosionscell respektive en fotoanodcell (Fig. 2).Korrosionscellen fylldes med en 3,5% NaCl-lösning och 0,25 M Na2S03 hälldes i fotoanodcellen som en hålfälla.De två elektrolyterna separerades från blandningen med användning av ett naftolmembran.OCP mättes på en elektrokemisk arbetsstation (P4000+, USA).Referenselektroden var en mättad kalomelelektrod (SCE).En ljuskälla (xenonlampa, PLS-SXE300C, Poisson Technologies Co., Ltd.) och en avskärningsplatta 420 placerades vid ljuskällans utlopp, vilket tillät synligt ljus att passera genom kvartsglaset till fotoanoden.Den 304 rostfria elektroden är ansluten till fotoanoden med en koppartråd.Före experimentet blötlades elektroden 304 av rostfritt stål i 3,5 % NaCl-lösning i 2 timmar för att säkerställa stabilt tillstånd.I början av experimentet, när ljuset slås på och av, når fotoanodens exciterade elektroner ytan av 304 rostfritt stål genom tråden.
I experiment på fotoströmdensiteten placerades 304SS- och Ag/NiS/TiO2-fotoanoder i korrosionsceller respektive fotoanodceller (Fig. 3).Fotoströmdensiteten mättes på samma uppsättning som OCP.För att erhålla den faktiska fotoströmtätheten mellan 304 rostfritt stål och fotoanoden användes en potentiostat som en nollresistansamperemeter för att koppla samman 304 rostfritt stål och fotoanoden under opolariserade förhållanden.För att göra detta kortslutades referens- och motelektroderna i experimentuppställningen, så att den elektrokemiska arbetsstationen fungerade som en nollresistans amperemeter som kunde mäta den verkliga strömtätheten.304-elektroden i rostfritt stål är ansluten till den elektrokemiska arbetsstationens jord, och fotoanoden är ansluten till arbetselektrodklämman.I början av experimentet, när ljuset slås på och av, når fotoanodens exciterade elektroner genom tråden ytan av 304 rostfritt stål.Vid denna tidpunkt kan en förändring i fotoströmdensiteten på ytan av 304 rostfritt stål observeras.
För att studera den katodiska skyddsprestanda för nanokompositer på 304 rostfritt stål, testades förändringar i fotojoniseringspotentialen för 304 rostfritt stål och nanokompositer, såväl som förändringar i fotojoniseringsströmtäthet mellan nanokompositer och 304 rostfria stål.
På fig.4 visar förändringar i den öppna kretspotentialen för 304 rostfritt stål och nanokompositer under synligt ljus och under mörka förhållanden.På fig.Fig. 4a visar påverkan av NiS-avsättningstiden genom nedsänkning på den öppna kretspotentialen, och fig.4b visar effekten av silvernitratkoncentration på öppen kretspotential under fotoreduktion.På fig.4a visar att den öppna kretspotentialen för NiS/TiO2 nanokompositen bunden till 304 rostfritt stål reduceras avsevärt i det ögonblick lampan tänds jämfört med nickelsulfidkompositen.Dessutom är den öppna kretspotentialen mer negativ än den för rena TiO2 nanotrådar, vilket indikerar att nickelsulfidkompositen genererar fler elektroner och förbättrar fotokatodskyddseffekten från TiO2.I slutet av exponeringen stiger dock tomgångspotentialen snabbt till tomgångspotentialen för rostfritt stål, vilket indikerar att nickelsulfid inte har någon energilagringseffekt.Effekten av antalet nedsänkningscykler på den öppna kretspotentialen kan observeras i fig. 4a.Vid en avsättningstid på 6 når den extrema potentialen för nanokompositen -550 mV i förhållande till den mättade kalomelelektroden, och potentialen för nanokompositen avsatt med en faktor 6 är betydligt lägre än den för nanokompositen under andra förhållanden.Således gav NiS/TiO2 nanokompositerna erhållna efter 6 avsättningscykler det bästa katodiska skyddet för 304 rostfritt stål.
Förändringar i OCP för 304 rostfria stålelektroder med NiS/TiO2 nanokompositer (a) och Ag/NiS/TiO2 nanokompositer (b) med och utan belysning (λ > 400 nm).
Såsom visas i fig.4b reducerades den öppna kretspotentialen för 304 rostfritt stål och Ag/NiS/TiO2 nanokompositer avsevärt när de exponerades för ljus.Efter ytavsättning av silvernanopartiklar reducerades den öppna kretspotentialen signifikant jämfört med rena TiO2 nanotrådar.Potentialen för NiS/TiO2-nanokompositen är mer negativ, vilket indikerar att den katodiska skyddande effekten av TiO2 förbättras avsevärt efter att Ag-nanopartiklar avsatts.Den öppna kretspotentialen ökade snabbt i slutet av exponeringen, och jämfört med den mättade kalomelelektroden kunde den öppna kretspotentialen nå -580 mV, vilket var lägre än för 304 rostfritt stål (-180 mV).Detta resultat indikerar att nanokompositen har en anmärkningsvärd energilagringseffekt efter att silverpartiklar avsatts på dess yta.På fig.Figur 4b visar också effekten av silvernitratkoncentrationen på den öppna kretspotentialen.Vid en silvernitratkoncentration på 0,1 M når begränsningspotentialen i förhållande till en mättad kalomelelektrod -925 mV.Efter 4 appliceringscykler förblev potentialen på nivån efter den första appliceringen, vilket indikerar nanokompositens utmärkta stabilitet.Sålunda, vid en silvernitratkoncentration på 0,1 M, har den resulterande Ag/NiS/TiO2 nanokompositen den bästa katodiska skyddseffekten på 304 rostfritt stål.
NiS-avsättning på ytan av TiO2 nanotrådar förbättras gradvis med ökande NiS-avsättningstid.När synligt ljus träffar ytan av nanotråden, exciteras fler nickelsulfidaktiva platser för att generera elektroner, och fotojoniseringspotentialen minskar mer.Men när nickelsulfidnanopartiklar avsätts för mycket på ytan, reduceras istället exciterad nickelsulfid, vilket inte bidrar till ljusabsorption.Efter att silverpartiklarna har avsatts på ytan, på grund av silverpartiklarnas ytplasmonresonanseffekt, kommer de genererade elektronerna snabbt att överföras till ytan av 304 rostfritt stål, vilket resulterar i utmärkt katodskyddseffekt.När för många silverpartiklar avsätts på ytan blir silverpartiklarna en rekombinationspunkt för fotoelektroner och hål, vilket inte bidrar till bildandet av fotoelektroner.Sammanfattningsvis kan Ag/NiS/TiO2 nanokompositer ge det bästa katodiska skyddet för 304 rostfritt stål efter 6-faldig nickelsulfidavsättning under 0,1 M silvernitrat.
Fotoströmdensitetsvärdet representerar separeringskraften för fotogenererade elektroner och hål, och ju högre fotoströmdensiteten är, desto starkare är separeringskraften för fotogenererade elektroner och hål.Det finns många studier som visar att NiS används i stor utsträckning vid syntes av fotokatalytiska material för att förbättra de fotoelektriska egenskaperna hos material och för att separera hål15,16,17,18,19,20.Chen et al.studerade ädelmetallfri grafen och g-C3N4-kompositer sammodifierade med NiS15.Den maximala intensiteten för fotoströmmen för den modifierade g-C3N4/0,25%RGO/3%NiS är 0,018 μA/cm2.Chen et al.studerade CdSe-NiS med en fotoströmdensitet på cirka 10 µA/cm2.16.Liu et al.syntetiserade en CdS@NiS-komposit med en fotoströmdensitet på 15 µA/cm218.Användningen av NiS för fotokatodskydd har dock ännu inte rapporterats.I vår studie ökades fotoströmdensiteten av TiO2 signifikant genom modifieringen av NiS.På fig.Figur 5 visar förändringar i fotoströmdensiteten för 304 rostfritt stål och nanokompositer under synliga ljusförhållanden och utan belysning.Såsom visas i fig.5a ökar fotoströmtätheten för NiS/TiO2 nanokompositen snabbt i det ögonblick som ljuset tänds, och fotoströmdensiteten är positiv, vilket indikerar flödet av elektroner från nanokompositen till ytan genom den elektrokemiska arbetsstationen.304 rostfritt stål.Efter beredning av nickelsulfidkompositer är fotoströmdensiteten större än för rena TiO2 nanotrådar.Fotoströmdensiteten för NiS når 220 μA/cm2, vilket är 6,8 gånger högre än den för TiO2 nanotrådar (32 μA/cm2), när NiS nedsänks och avsätts 6 gånger.Såsom visas i fig.5b var fotoströmdensiteten mellan Ag/NiS/TiO2 nanokompositen och 304 rostfritt stål signifikant högre än mellan ren TiO2 och NiS/TiO2 nanokompositen när den tänds under en xenonlampa.På fig.Figur 5b visar också effekten av AgNO-koncentrationen på fotoströmdensiteten under fotoreduktion.Vid en silvernitratkoncentration på 0,1 M når dess fotoströmtäthet 410 μA/cm2, vilket är 12,8 gånger högre än för TiO2 nanotrådar (32 μA/cm2) och 1,8 gånger högre än för NiS/TiO2 nanokompositer.Ett elektriskt heteroövergångsfält bildas vid Ag/NiS/TiO2 nanokompositgränssnittet, vilket underlättar separationen av fotogenererade elektroner från hål.
Förändringar i fotoströmdensiteten för en elektrod av 304 rostfritt stål med (a) NiS/TiO2 nanokomposit och (b) Ag/NiS/TiO2 nanokomposit med och utan belysning (λ > 400 nm).
Sålunda, efter 6 cykler av nedsänkning av nickelsulfid i 0,1 M koncentrerat silvernitrat, når fotoströmdensiteten mellan Ag/NiS/TiO2 nanokompositer och 304 rostfritt stål 410 μA/cm2, vilket är högre än för mättad kalomel.elektroder når -925 mV.Under dessa förhållanden kan 304 rostfritt stål kombinerat med Ag/NiS/TiO2 ge det bästa katodiska skyddet.
På fig.6 visar ytelektronmikroskopbilder av rena titandioxid-nanotrådar, sammansatta nickelsulfidnanopartiklar och silvernanopartiklar under optimala förhållanden.På fig.6a, d visar rena TiO2 nanotrådar erhållna genom enstegsanodisering.Ytfördelningen av titandioxid nanotrådar är enhetlig, strukturerna hos nanotrådar är nära varandra och porstorleksfördelningen är enhetlig.Figurerna 6b och e är elektronmikrofotografier av titandioxid efter 6-faldig impregnering och avsättning av nickelsulfidkompositer.Från en elektronmikroskopisk bild förstorad 200 000 gånger i Fig. 6e kan man se att nickelsulfidkompositnanopartiklarna är relativt homogena och har en stor partikelstorlek på cirka 100–120 nm i diameter.Vissa nanopartiklar kan observeras i nanotrådarnas rumsliga position, och nanotrådar av titandioxid är tydligt synliga.På fig.6c,f visar elektronmikroskopiska bilder av NiS/TiO2 nanokompositer vid en AgNO-koncentration av 0,1 M. Jämfört med Fig.6b och fig. 6b.6e, fig.6c och fig.6f visar att Ag-nanopartiklarna är avsatta på ytan av kompositmaterialet, med Ag-nanopartiklarna jämnt fördelade med en diameter av cirka 10 nm.På fig.7 visar ett tvärsnitt av Ag/NiS/TiO2 nanofilmer utsatta för 6 cykler av NiS-doppbeläggning vid en AgNO3-koncentration av 0,1 M. Från bilder med hög förstoring var den uppmätta filmtjockleken 240-270 nm.Således monteras nanopartiklar av nickel och silversulfid på ytan av TiO2 nanotrådar.
Ren TiO2 (a, d), NiS/TiO2 nanokompositer med 6 cykler av NiS doppdeposition (b, e) och Ag/NiS/NiS med 6 cykler av NiS doppdeposition vid 0,1 M AgNO3 SEM bilder av TiO2 nanokompositer (c , e).
Tvärsnitt av Ag/NiS/TiO2 nanofilmer utsatta för 6 cykler av NiS doppdeposition vid en AgNO3-koncentration av 0,1 M.
På fig.8 visar ytfördelningen av grundämnen över ytan av Ag/NiS/TiO2 nanokompositer erhållna från 6 cykler av nickelsulfiddoppning vid en silvernitratkoncentration av 0,1 M. Ytfördelningen av grundämnen visar att Ti, O, Ni, S och Ag detekterades.med hjälp av energispektroskopi.Innehållsmässigt är Ti och O de vanligaste elementen i fördelningen medan Ni och S är ungefär likadana, men deras innehåll är mycket lägre än Ag.Det kan också bevisas att mängden ytsammansatta silvernanopartiklar är större än nickelsulfid.Den enhetliga fördelningen av element på ytan indikerar att nickel och silversulfid är likformigt bundna på ytan av TiO2 nanotrådarna.Röntgenfotoelektronspektroskopisk analys utfördes dessutom för att analysera ämnens specifika sammansättning och bindningstillstånd.
Fördelning av element (Ti, O, Ni, S och Ag) av Ag/NiS/TiO2 nanokompositer vid en AgNO3-koncentration av 0,1 M under 6 cykler av NiS-doppnedsättning.
På fig.Figur 9 visar XPS-spektra för Ag/NiS/TiO2 nanokompositer erhållna med användning av 6 cykler av nickelsulfidavsättning genom nedsänkning i 0,1 M AgNO3, där fig.9a är hela spektrumet, och resten av spektra är högupplösta spektra av elementen.Som kan ses från hela spektrumet i Fig. 9a, hittades absorptionstoppar för Ti, O, Ni, S och Ag i nanokompositen, vilket bevisar existensen av dessa fem grundämnen.Testresultaten var i enlighet med EDS.Överskottstoppen i figur 9a är koltoppen som används för att korrigera för provets bindningsenergi.På fig.9b visar ett högupplöst energispektrum av Ti.Absorptionstopparna för 2p orbitaler är belägna vid 459,32 och 465 eV, vilket motsvarar absorptionen av Ti 2p3/2 och Ti 2p1/2 orbitaler.Två absorptionstoppar bevisar att titan har en Ti4+ valens, vilket motsvarar Ti i TiO2.
XPS-spektra för Ag/NiS/TiO2-mätningar (a) och högupplösta XPS-spektra för Ti2p(b), O1s(c), Ni2p(d), S2p(e) och Ag 3d(f).
På fig.9d visar ett högupplöst Ni-energispektrum med fyra absorptionstoppar för Ni 2p-orbitalen.Absorptionstopparna vid 856 och 873,5 eV motsvarar Ni 2p3/2 och Ni 2p1/2 8,10 orbitaler, där absorptionstopparna tillhör NiS.Absorptionstopparna vid 881 och 863 eV är för nickelnitrat och orsakas av nickelnitratreagenset under provberedningen.På fig.9e visar ett högupplöst S-spektrum.Absorptionstopparna för S 2p orbitaler är belägna vid 161,5 och 168,1 eV, vilket motsvarar S 2p3/2 och S 2p1/2 orbitaler 21, 22, 23, 24. Dessa två toppar tillhör nickelsulfidföreningar.Absorptionstopparna vid 169,2 och 163,4 eV är för natriumsulfidreagenset.På fig.9f visar ett högupplöst Ag-spektrum där 3d-orbitalabsorptionstopparna för silver är belägna vid 368,2 respektive 374,5 eV, och två absorptionstoppar motsvarar absorptionsbanorna för Ag 3d5/2 och Ag 3d3/212, 13. Det finns inga toppar av silver i dessa två.Således är nanokompositerna huvudsakligen sammansatta av Ag, NiS och TiO2, vilket bestämdes med röntgenfotoelektronspektroskopi, som visade att nickel- och silversulfidnanopartiklar framgångsrikt kombinerades på ytan av TiO2-nanotrådar.
På fig.10 visar UV-VIS diffusa reflektansspektra för nyberedda TiO2 nanotrådar, NiS/TiO2 nanokompositer och Ag/NiS/TiO2 nanokompositer.Det kan ses från figuren att absorptionströskeln för TiO2 nanotrådar är cirka 390 nm, och det absorberade ljuset är huvudsakligen koncentrerat till det ultravioletta området.Det kan ses från figuren att efter kombinationen av nanopartiklar av nickel och silversulfid på ytan av titandioxid nanotrådar 21, 22, fortplantar sig det absorberade ljuset in i det synliga ljusområdet.Samtidigt har nanokompositen ökat UV-absorptionen, vilket är förknippat med ett smalt bandgap av nickelsulfid.Ju smalare bandgapet är, desto lägre energibarriär för elektroniska övergångar och desto högre grad av ljusutnyttjande.Efter att ha blandat NiS/TiO2-ytan med silvernanopartiklar, ökade inte absorptionsintensiteten och ljusvåglängden signifikant, främst på grund av effekten av plasmonresonans på ytan av silvernanopartiklar.Absorptionsvåglängden för TiO2 nanotrådar förbättras inte nämnvärt jämfört med det smala bandgapet hos sammansatta NiS nanopartiklar.Sammanfattningsvis, efter komposit nickelsulfid och silver nanopartiklar på ytan av titandioxid nanotrådar, förbättras dess ljusabsorptionsegenskaper avsevärt, och ljusabsorptionsintervallet utökas från ultraviolett till synligt ljus, vilket förbättrar utnyttjandegraden av titandioxid nanotrådar.ljus som förbättrar materialets förmåga att generera fotoelektroner.
UV/Vis diffusa reflektansspektra av färska TiO2 nanotrådar, NiS/TiO2 nanokompositer och Ag/NiS/TiO2 nanokompositer.
På fig.11 visar mekanismen för fotokemisk korrosionsbeständighet hos Ag/NiS/TiO2 nanokompositer under bestrålning av synligt ljus.Baserat på den potentiella fördelningen av silvernanopartiklar, nickelsulfid och ledningsbandet av titandioxid, föreslås en möjlig karta över mekanismen för korrosionsbeständighet.Eftersom ledningsbandspotentialen för nanosilver är negativ jämfört med nickelsulfid, och ledningsbandpotentialen för nickelsulfid är negativ jämfört med titandioxid, är elektronflödets riktning ungefär Ag→NiS→TiO2→304 rostfritt stål.När ljus bestrålas på ytan av nanokompositen, på grund av effekten av ytplasmonresonans av nanosilver, kan nanosilver snabbt generera fotogenererade hål och elektroner, och fotogenererade elektroner rör sig snabbt från valensbandpositionen till ledningsbandpositionen på grund av excitation.Titandioxid och nickelsulfid.Eftersom ledningsförmågan hos silvernanopartiklar är mer negativ än för nickelsulfid, omvandlas elektroner i TS hos silvernanopartiklar snabbt till TS hos nickelsulfid.Ledningspotentialen för nickelsulfid är mer negativ än den för titandioxid, så elektronerna av nickelsulfid och ledningsförmågan hos silver ackumuleras snabbt i titandioxidens CB.De genererade fotogenererade elektronerna når ytan av 304 rostfritt stål genom titanmatrisen, och de anrikade elektronerna deltar i den katodiska syrereduktionsprocessen för 304 rostfritt stål.Denna process reducerar den katodiska reaktionen och undertrycker samtidigt den anodiska upplösningsreaktionen av 304 rostfritt stål, och realiserar därigenom det katodiska skyddet för rostfritt stål 304. På grund av bildandet av det elektriska fältet för heterojunctionen i Ag/NiS/TiO2 nanokompositen, skiftar den ledande potentialen hos nanokompositen till en mer effektiv position för katodskyddet, vilket förbättras till ett mer effektivt katodiskt skydd. 4 rostfria stål.
Schematiskt diagram över den fotoelektrokemiska antikorrosionsprocessen av Ag/NiS/TiO2 nanokompositer i synligt ljus.
I detta arbete syntetiserades nanopartiklar av nickel och silversulfid på ytan av TiO2 nanotrådar genom en enkel nedsänknings- och fotoreduktionsmetod.En serie studier om det katodiska skyddet av Ag/NiS/TiO2 nanokompositer på 304 rostfritt stål genomfördes.Baserat på de morfologiska egenskaperna, analys av sammansättningen och analys av ljusabsorptionsegenskaperna drogs följande huvudslutsatser:
Med ett antal impregnerings- och avsättningscykler av nickelsulfid på 6 och en koncentration av silvernitrat för fotoreduktion på 0,1 mol/l, hade de resulterande Ag/NiS/TiO2 nanokompositerna en bättre katodiskt skyddande effekt på 304 rostfritt stål.Jämfört med en mättad kalomelelektrod når skyddspotentialen -925 mV och skyddsströmmen når 410 μA/cm2.
Ett elektriskt heteroövergångsfält bildas vid Ag/NiS/TiO2 nanokompositgränssnittet, vilket förbättrar separeringskraften hos fotogenererade elektroner och hål.Samtidigt ökas ljusanvändningseffektiviteten och ljusabsorptionsområdet utökas från det ultravioletta området till det synliga området.Nanokompositen kommer fortfarande att behålla sitt ursprungliga tillstånd med god stabilitet efter 4 cykler.
Experimentellt framställda Ag/NiS/TiO2 nanokompositer har en enhetlig och tät yta.Nickelsulfid och silver nanopartiklar är likformigt sammansatta på ytan av TiO2 nanotrådar.Kompositkoboltferrit och silvernanopartiklar är av hög renhet.
Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Fotokatodisk skyddseffekt av TiO2-filmer för kolstål i 3% NaCl-lösningar. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Fotokatodisk skyddseffekt av TiO2-filmer för kolstål i 3% NaCl-lösningar. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Эффект фотокатодной защиты пленок TiO2 för углеродистой стали в 3% растворах NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Fotokatodskyddseffekt av TiO2-filmer för kolstål i 3% NaCl-lösningar. 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 Fotokatodskydd av kolstål med TiO2-tunna filmer i 3% NaCl-lösning.Electrochem.Acta 50, 3401–3406 (2005).
Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG Fotogenererat katodiskt skydd av blomliknande, nanostrukturerad, N-dopad TiO2-film på rostfritt stål. Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG Fotogenererat katodiskt skydd av blomliknande, nanostrukturerad, N-dopad TiO2-film på rostfritt stål.Lee, J., Lin, SJ, Lai, YK och Du, RG Fotogenererat katodiskt skydd av en nanostrukturerad, kvävedopad TiO2-film i form av en blomma på rostfritt stål. 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 och Du, RG Fotogenererat katodiskt skydd av kvävedopat TiO2 blomformade nanostrukturerade tunna filmer på rostfritt stål.surfa En kappa.technology 205, 557–564 (2010).
Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. Fotogenererade katodskyddsegenskaper hos TiO2/WO3-beläggning i nanostorlek. Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. Fotogenererade katodskyddsegenskaper hos TiO2/WO3-beläggning i nanostorlek.Zhou, MJ, Zeng, ZO och Zhong, L. Fotogenererade katodiska skyddande egenskaper hos TiO2/WO3-beläggning i nanoskala. 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 och Zhong L. Fotogenererade katodiska skyddande egenskaper hos nano-TiO2/WO3-beläggningar.koros.vetenskapen.51, 1386–1397 (2009).
Park, H., Kim, KY & Choi, W. Fotoelektrokemiskt tillvägagångssätt för att förhindra metallkorrosion med hjälp av en halvledarfotoanod. Park, H., Kim, KY & Choi, W. Fotoelektrokemiskt tillvägagångssätt för att förhindra metallkorrosion med hjälp av en halvledarfotoanod.Park, H., Kim, K.Yu.och Choi, V. Ett fotoelektrokemiskt tillvägagångssätt för att förhindra metallkorrosion med användning av en halvledarfotoanod. 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.och Choi V. Fotoelektrokemiska metoder för att förhindra korrosion av metaller med användning av halvledarfotoanoder.J. Physics.Kemisk.V. 106, 4775–4781 (2002).
Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Studie av en hydrofob nano-TiO2-beläggning och dess egenskaper för korrosionsskydd av metaller. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Studie av en hydrofob nano-TiO2-beläggning och dess egenskaper för korrosionsskydd av metaller. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Undersökning av en hydrofob nano-TiO2-beläggning och dess egenskaper för korrosionsskydd av metaller. 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米〠砂砂 Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Studie av 疵水 nano-titandioxidbeläggning och dess metallkorrosionsskyddande egenskaper. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Hydrofoba beläggningar av nano-TiO2 och deras korrosionsskyddande egenskaper för metaller.Electrochem.Acta 50, 5083–5089 (2005).
Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ En studie av N-, S- och Cl-modifierade nano-TiO2-beläggningar för korrosionsskydd av rostfritt stål. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ En studie av N-, S- och Cl-modifierade nano-TiO2-beläggningar för korrosionsskydd av rostfritt stål.Yun, H., Li, J., Chen, HB och Lin, SJ Undersökning av nano-TiO2-beläggningar modifierade med kväve, svavel och klor för korrosionsskydd av rostfritt stål. 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纳米二氧化钛涂层用于不锈钢腐蚀防护的砂砂 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, модифицированные нано-TiO2, för защиты от коррозии нержавеющ. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Nano-TiO2 modifierade N, S och Cl beläggningar för korrosionsskydd av rostfritt stål.Electrochem.Volym 52, 6679–6685 (2007).
Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Fotokatodiska skyddsegenskaper hos tredimensionella titanat nanotrådnätverksfilmer framställda med en kombinerad sol-gel och hydrotermisk metod. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Fotokatodiska skyddsegenskaper hos tredimensionella titanat nanotrådnätverksfilmer framställda med en kombinerad sol-gel och hydrotermisk metod. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ. Фотокатодные х комбинированным золь-гель och гидротермическим методом. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Fotokatodiska skyddande egenskaper hos tredimensionella nätfilmer av titanat nanotrådar framställda med kombinerad sol-gel och hydrotermisk metod. 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 网络 薄膜 的 光 阴 阴 保护 性能 性能。 性能 性能 性能。 性能 性能 性能 性能 性能。。 性能 性能 性能。。。 性能。。 性能。。 性能。。。 性能 Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ.De skyddande egenskaperna hos 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电. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ. Фотокатодные ленных золь-гель och гидротермическими методами. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Fotokatodiska skyddsegenskaper hos tredimensionella titanat nanotrådnätverk tunna filmer framställda med sol-gel och hydrotermiska metoder.Elektrokemi.kommunicera 12, 1626–1629 (2010).
Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. A pn ​​heterojunction NiS-sensibiliserat TiO2 fotokatalytiskt system för effektiv fotoreduktion av koldioxid till metan. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. Ett pn-heterojunction NiS-sensibiliserat TiO2 fotokatalytiskt system för effektiv fotoreduktion av koldioxid till metan.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM och Kang, M. Ett pn-heterojunction NiS-sensibiliserat TiO2 fotokatalytiskt system för effektiv fotoreduktion av koldioxid till metan. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM och Kang, M. Ett pn-heterojunction NiS-sensibiliserat TiO2 fotokatalytiskt system för effektiv fotoreduktion av koldioxid till metan.keramik.Tolkning.43, 1768–1774 (2017).
Wang, QZ et al.CuS och NiS fungerar som samkatalysatorer för att förbättra fotokatalytisk väteutveckling på TiO2.Tolkning.J. Hydro.Energi 39, 13421–13428 (2014).
Liu, Y. & Tang, C. Förbättring av fotokatalytisk H2-utveckling över TiO2 nano-arkfilmer genom ytbelastning av NiS nanopartiklar. Liu, Y. & Tang, C. Förbättring av fotokatalytisk H2-utveckling över TiO2 nano-arkfilmer genom ytbelastning av NiS nanopartiklar.Liu, Y. och Tang, K. Förbättring av fotokatalytisk H2-frisättning i TiO2 nanoarkfilmer genom ytbelastning av NiS-nanopartiklar. 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. och Tang, K. Förbättrad fotokatalytisk väteproduktion på tunna filmer av TiO2 nanoskivor genom att deponera NiS nanopartiklar på ytan.las.J. Physics.Kemisk.A 90, 1042–1048 (2016).
Huang, XW & Liu, ZJ Jämförande studie av strukturen och egenskaperna hos Ti-O-baserade nanotrådsfilmer framställda genom anodisering och kemiska oxidationsmetoder. Huang, XW & Liu, ZJ Jämförande studie av strukturen och egenskaperna hos Ti-O-baserade nanotrådsfilmer framställda genom anodisering och kemiska oxidationsmetoder. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнительное исследование структуры och свойств пленок нанопроводов основе Ti-O, полученных мит го окисления. Huang, XW & Liu, ZJ En jämförande studie av strukturen och egenskaperna hos Ti-O nanotrådfilmer erhållna genom anodisering och kemiska oxidationsmetoder. Huang, XW & Liu, ZJ 阳极氧化法和化学氧化法制备的Ti-O Huang, XW & Liu, ZJ 阳极oxidation法和kemisk oxidation法framställning的Ti-O基基基小线tunnfilmstruktur和egendom的jämförande forskning. Huang, XW & Liu, ZJ. ическим окислением. Huang, XW & Liu, ZJ En jämförande studie av strukturen och egenskaperna hos Ti-O nanotråds tunna filmer framställda genom anodisering och kemisk oxidation.J. Alma mater.science technology 30, 878–883 (2014).
Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag och SnO2 samsensibiliserade TiO2-fotoanoder för skydd av 304SS under synligt ljus. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag och SnO2 samsensibiliserade TiO2-fotoanoder för skydd av 304SS under synligt ljus. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag och SnO2 совместно сенсибилизировали фотоаноды TiO2 för защиты 304SS в видимом свете. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag och SnO2 cosensibiliserade TiO2-fotoanoder för att skydda 304SS i synligt ljus. 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 och SnO2, för защиты 304SS в видимом светет. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR En TiO2-fotoanod samsensibiliserad med Ag och SnO2 för avskärmning av synligt ljus av 304SS.koros.vetenskapen.82, 145–153 (2014).
Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag och CoFe2O4 samsensibiliserade TiO2 nanotråd för fotokatodiskt skydd av 304 SS under synligt ljus. Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag och CoFe2O4 samsensibiliserade TiO2 nanotråd för fotokatodiskt skydd av 304 SS under synligt ljus.Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. och Howe, BR Ag och CoFe2O4 samsensibiliserade med TiO2 nanotråd för 304 SS fotokatodskydd i synligt ljus. 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 Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR AgWen, ZH, Wang, N., Wang, J. och Howe, BR Ag och CoFe2O4 samsensibiliserade TiO2 nanotrådar för 304 SS fotokatodskydd i synligt ljus.Tolkning.J. Elektrokemi.vetenskapen.13, 752–761 (2018).
Bu, YY & Ao, JP En recension om fotoelektrokemiskt katodiskt skydd halvledartunna filmer för metaller. Bu, YY & Ao, JP En recension om fotoelektrokemiskt katodiskt skydd av tunna halvledarfilmer för metaller. Bu, YY & Ao, JP Bildmaterial för metall. Bu, YY & Ao, JP Granskning av fotoelektrokemiskt katodiskt skydd av tunna halvledarfilmer för metaller. 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 metallisering 光电视光阴极电影电影电影电视设计。 Bu, YY & Ao, JP Обзор металлической фотоэлектрохимической катодной защиты тонких полупроводниковыкх плупроводниковыкх. Bu, YY & Ao, JP En recension av metalliskt fotoelektrokemiskt katodiskt skydd av tunna halvledarfilmer.En grön energimiljö.2, 331–362 (2017).