F掺杂SrTiO_(3)的制备及光电化学阴极保护性能研究

SrTiO_(3)因合适的能带结构和稳定的物化特性,在光电化学阴极保护领域有很大的应用潜力,但是对太阳光的利用率低和光生电子-空穴对复合率高等问题限制了其进一步发展。基于此,利用阴离子(F)掺杂对SrTiO_(3)改性,以得到高效、稳定光电转换性能的SrTiO_(3)光阳极材料。通过溶剂热法制备了不同F掺杂浓度的SrTiO_(3)光阳极材料,UV-Vis DRS和PL测试结果表明,F掺杂提高了SrTiO_(3)对太阳光的利用率和光生电子-空穴对的分离能力。光电化学阴极保护测试结果表明:光照条件下,当F掺杂量为2.0%(原子数分数)时,F-2.0%-SrTiO_(3)与304不锈钢偶联后其光电流密度达到3.7μA/cm^(2),使304不锈钢的开路电位负移至-0.42 V,在模拟海水中为304不锈钢提供有效保护。

TiO_(2)的微观形貌对316L不锈钢的光电化学阴极保护性能的影响研究

通过控制水热反应过程中的钛酸四丁酯的浓度,有效调控了TiO_(2)光电极的形貌,同时研究了形貌对316L不锈钢的光电化学阴极保护性能的影响。实验结果表明,钛酸四丁酯的加入量为1.25mL时,TiO_(2)-2具有最大的光致电位降和光致电流密度,表明其对316L不锈钢具有最优的光电化学阴极保护性,电化学阻抗谱的结果表明,载流子的迁移能力的提升是其光电化学阴极保护性能提升的主要原因。

碳量子点掺杂氮化碳提高的光电化学阴极保护性能研究

目的研究g-C_3N_4/C-Dots-M复合材料的光电化学阴极保护性能。方法采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见漫反射光谱技术对样品的晶体结构、微观形貌和光吸收性能进行表征。通过电化学测试可见光照射下g-C_3N_4/C-Dots-M复合材料光电极偶联316L不锈钢后的光电化学阴极保护电流密度和电位变化曲线,研究材料的光电化学阴极保护性能。结果可见光照射下,该偶联体系的光致混合电位下降至-0.43 V(vs. Ag/AgCl),光电化学阴极保护电流密度达到4.3μA/cm。结论得益于碳量子点优异的电子传导特性,g-C_3N_4/C-Dots-550复合材料的光电化学阴极保护性能比纯g-C_3N_4的明显增强。该复合材料在光电化学阴极保护方面展现了较大的应用潜力。

金属光电化学阴极保护材料及其防腐功能化实现研究进展

与传统的腐蚀保护方法相比,光电化学阴极保护是一种节能、环保、经济的腐蚀防护技术。该技术的关键特征是,利用光电化学阴极保护材料在光照条件下产生光生电子,而光生电子以电势差作为驱动力转移到金属上,并富集在金属表面,导致金属的电位负移,从而实现对金属的强制保护。总结了近年来国内外光电化学阴极保护材料的制备方法与性能特点,针对目前TiO_(2)薄膜材料存在的问题,阐述了通过形貌调控、元素掺杂、半导体复合、异质结构成、材料耦合等方式,提升光电化学阴极保护性能的策略和技术。概括了非TiO_(2)类光电化学阴极保护纳米材料的性能及应用,主要有ZnO、SrTiO_(3)、In_(2)O_(3)、g-C_(3)N_(4)、铋基金属氧化物等半导体材料。明确了近年来光电化学阴极保护材料防腐功能化实现的途径和方法,包括光阳极法和直接涂敷法,并比较了二者之间的优缺点。最后,提出了金属光电化学阴极保护材料及防腐功能化研究的发展趋势及存在的问题。

Bi_(2)S_(3)/CdSe共修饰TiO_(2)纳米管膜的构建及其光电化学阴极保护效应

为获得良好光电化学性能的TiO_(2)半导体复合膜,采用Bi_(2)S_(3)和CdSe对TiO_(2)纳米管膜进行共修饰。以阳极氧化法在Ti表面先制备TiO_(2)纳米管膜,再通过恒电流电沉积和连续离子层吸附反应在纳米管表面依次沉积CdSe和Bi_(2)S_(3),构建了具有级联能带结构的Bi_(2)S_(3)/CdSe共修饰的TiO_(2)纳米管复合膜。结果表明,Bi_(2)S_(3)/CdSe/TiO_(2)纳米管复合膜对可见光吸收显著增强,光电化学性能大幅度提高。白光照射下,复合膜的光电流密度为670μA·cm^(-2),达到了纯TiO_(2)纳米管膜的17.6倍。Bi_(2)S_(3)/CdSe/TiO_(2)复合膜作为光阳极可使0.5 mol·L^(-1) NaCl溶液中的403不锈钢的电位相对于腐蚀电位下降690 mV,显示出良好的光电化学阴极保护效应。

光电化学阴极保护技术研究进展

海洋环境下的金属面临着非常严峻的腐蚀问题,必须采取措施进行防护。光电化学阴极保护是一种绿色环保的新型防腐蚀技术,受到了广泛的关注。本文简要阐述了光电化学阴极保护技术的原理以及对光阳极的要求;详细介绍了以二氧化钛为代表的几种常见光阳极材料及其不同改性方法;此外还介绍了兼具储能与阴极保护功能的光阳极,它有望实现暗态下连续保护的目标;最后讨论了光电化学阴极保护技术的发展趋势。

钛酸锶光电化学阴极保护材料研究进展

光电化学阴极保护是一种绿色、无污染的金属阴极保护方法,近些年来在腐蚀防护领域受到越来越多的科研人员青睐。而SrTiO3具有较负的导带电位且具有稳定性好、无毒等优点,是一种优异的光电化学阴极保护候选材料。首先介绍了光电化学阴极保护原理,其次阐述了SrTiO3在此方面的优势及特点,接着围绕SrTiO3制备及改性方法综述了相关研究进展,最后对光电化学阴极保护研究方向及应用进行了总结与展望。

埋地管道电化学阴极保护

埋地钢质管道电化学阴极保护是一项成熟技术 ,但在硫酸工业中应用尚不多。介绍该技术中强制电流法阴极保护和牺牲阳极法阴极保护的机理 。

二维Ti_(3)C_(2)修饰WO_(3)/SrTiO_(3)异质结复合材料及其光电化学阴极保护性能

引入第二相材料构建异质结及加入助催化剂都可以有效提高半导体材料的光电化学性能。本文设计制备了WO_(3)/SrTiO_(3)异质结复合材料并选用助催化剂Ti_(3)C_(2)进行修饰,在模拟太阳光环境下通过光电化学阴极保护技术保护304不锈钢(304 SS)。结果表明:Ti_(3)C_(2)-WO_(3)/SrTiO_(3)复合材料的光电化学阴极保护性能显著增强。将304 SS与Ti_(3)C_(2)-WO_(3)/SrTiO_(3)复合材料耦合,可将304 SS的电位从-0.13 V转移到-0.42 V,并且三元复合材料产生的光电流密度是单独使用SrTiO_(3)的7倍。在WO_(3)/SrTiO_(3)界面上形成的异质结电场及助催化剂Ti_(3)C_(2)的加入协同提高了光生电子和空穴的分离效率,提高了光电化学阴极保护性能。

BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜的制备及其光电化学阴极保护性能

提高光生载流子的分离效率是提高光电化学阴极保护性能的有效途径,为弥补SrTiO_(3)禁带宽度大、光生载流子分离效率低等缺点,通过两步超声喷雾热解工艺在氟掺杂氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜。通过XRD、SEM、UV-vis DRS、PL对样品物相成分、表面形貌、光学性能等进行观测。随后以304不锈钢(304 SS)为被保护金属,观测了BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜遮蔽光条件下的光电化学阴极保护性能。其中BaTiO_(3)/SrTiO_(3)的相对位置由Mott-Schottky曲线确定。结果表明:通过两步超声喷雾热解工艺制备得到的BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜,光吸收范围拓宽至400 nm;BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜相比于SrTiO_(3)薄膜,光吸收性能增强;光生载流子分离效率提高;在3.5wt%NaCl溶液中,BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜使304 SS的开路电位负移至−0.38 V,负移程度约230 mV,而纯SrTiO_(3)薄膜仅能负移100 mV。其性能提升主要归因于BaTiO_(3)与SrTiO_(3)复合形成了异质结,促进了光生载流子的分离。

Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料的制备及其光电化学阴极保护性能

由于钛酸锶(SrTiO_(3))存在禁带宽度大、光生载流子分离率低等缺点,限制了其光电化学阴极保护性能,为解决此问题,可对其进行负载助催化剂Ti_(3)C_(2)进行改性。首先采用水热法制备了SrTiO_(3)和蚀刻法制备了Ti_(3)C_(2),然后通过机械法混合制备了Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料。通过XRD、XPS、SEM、UV-vis DRS、PL对样品物相结构、化学状态、微观形貌、光吸收性能等特征进行了表征。最后分析了Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料对304不锈钢(304SS)的光电化学阴极保护性能。结果表明,Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料拓宽了可见光利用范围;其中,加入Ti_(3)C_(2)含量为15wt%的15%-Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料的光生载流子分离率更高,光电流密度达到2.5μA·cm~(-2);在3.5wt%NaCl溶液中,304SS与该复合材料偶联后,光照条件下,其电势电位下降了200 mV,可以有效保护304SS,经过4次开闭光循环测试,Ti_(3)C_(2)/SrTiO_(3)复合材料性能稳定。

阴极电化学浸蚀去除430不锈钢板材表面硅氧层的研究

为解决传统前处理工艺难以去除430不锈钢表面硅氧层而导致后续镀镍层结合力差的问题,在卷对卷电镀生产线中引入阴极电化学浸蚀前处理工艺,并对其工艺参数进行优化。结果表明,采用2.4~3.6 mol/L盐酸溶液,以石墨为阳极,在电流密度4.7 A/dm^(2)、阳极板间距20 cm和产线运行速率5 m/min的条件下进行阴极电化学浸蚀后,有效去除了430不锈钢板材表面的硅氧层,提高了镍镀层与基材的结合力。

C7701锌白铜卷对卷连续高速镀镍前阴极电化学除油工艺研究

为了解决传统的C7701锌白铜卷材除油、去污前处理工艺存在的环境污染、过程管控困难等缺点,开发了一种不含磷的弱碱性除油液来对C7701锌白铜板材进行阴极电化学除油。研究了阴极电流密度、温度、波美度和处理时间对除油效果的影响,得到较佳的工艺条件为:阴极电流密度2.2 A/dm2,温度65°C,波美度10°Bé,时间42 s。在最佳工艺条件下可有效去除C7701锌白铜板材表面的油污,而且不腐蚀基材。该工艺的废水中不含磷,锌含量低于1 mg/L。

微生物燃料电池化学阴极与生物阴极处理含铬废水

采用双室微生物燃料电池(MFC)反应器,考察了不同初始Cr(VI)浓度下化学阴极与生物阴极MFC的产电及Cr(VI)去除情况。结果表明,在各Cr(VI)浓度梯度(20、28、32、36、40和44mg/L)下生物阴极MFC的产电及Cr(VI)去除性能均较化学阴极MFC更优,生物阴极最大输出电压为180.1mV,是化学阴极的1.3倍。随着初始Cr(VI)浓度的递增,两者对Cr(VI)去除的差异越明显,最终在Cr(VI)浓度为44mg/L时,生物阴极MFC的Cr(VI)去除率为66.4%,较化学阴极提高了55.1%。进一步由循环伏安扫描、电镜扫描及X-射线能谱分析证实生物阴极MFC较化学阴极MFC产电及去铬性能优越的主要原因除了生物阴极电极上电化学活性微生物的催化作用外,Cr(VI)还原产生的不导电Cr(III)沉积物在其电极上附着较少也是一个关键因素,该Cr(III)沉积物中含有Cr2O3。

SrTiO_(3)/TiO_(2)复合薄膜的制备及其光电化学阴极保护性能

由于TiO_(2)存在禁带宽度大、光生载流子分离率低等缺点,限制了其光电化学阴极保护性能。为解决此问题,首先采用水热法制备TiO_(2)纳米阵列,然后通过超声喷雾热解法制备了SrTiO_(3)/TiO_(2)复合薄膜。通过XRD、SEM、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)对样品物相结构、微观形貌、光吸收性能等特征进行表征。最后以304不锈钢(304 SS)为被保护基体,考察了SrTiO_(3)/TiO_(2)复合薄膜的光电化学阴极保护性能。结果表明,通过超声喷雾热解法制备得到的SrTiO_(3)/TiO_(2)复合薄膜,其光吸收范围为415 nm以下,进入可见光区;SrTiO_(3)/TiO_(2)复合薄膜相比于TiO_(2)纳米阵列,具有更好的光吸收特性;光生电子-空穴对分离率提高,且光生电子迁移率提高;在3.5wt%NaCl溶液中,SrTiO_(3)/TiO_(2)复合薄膜使304不锈钢腐蚀电位负移至–0.45 V,负移了近270 mV,而TiO_(2)纳米阵列仅能负移210 mV,性能提升了28.5%。经过四次开光与闭光循环测试,SrTiO_(3)/TiO_(2)复合薄膜性能稳定。

电化学阴极活化掺硼金刚石膜电极

掺硼金刚石膜(BDD)电极是一种理想的用于电化学分析微量重金属离子的非汞电极,选择合适的BDD电极类型和探索简便的活化BDD电极的方法对提高其电分析检测能力和延长其使用寿命具有重要意义。本研究考察了3种硅基掺硼浓度(B原子浓度分别为2×1020/cm3、8×1020/cm3和27×1020/cm3,简写为BDD-2、BDD-8和BDD-27)的BDD电极经历相同的阴极预处理:在0.5 mol/L H2SO4溶液中,阴极恒电位(-3V vs.饱和甘汞电极)极化5、10、20、30和50 min后,以铁氰化钾/亚铁氰化钾为氧化还原探针,用交流阻抗和循环伏安技术表征了阴极极化后的BDD电极的电化学活性,并用阳极溶出伏安法,通过对一系列已知浓度的铅离子的测量试评估了阴极活化的效果。结果表明,电化学阴极预处理能显著提高3种掺硼浓度的BDD电极的表面活性,但阴极活化效果与BDD的掺硼浓度和阴极预处理时间有关,BDD-27和BDD-8的最佳阴极预处理时间分别为30 min和10 min,BDD-2因表面活性太差并不适合用于电分析。

基于HRP催化过硫酸盐阴极电致化学发光的非标记型免疫传感器

基于酶催化阴极电致化学发光(ECL)构建灵敏的免疫传感器用于肿瘤标志物检测。利用过氧化氢酶(HRP)催化H2O2底物反应产生大量溶解氧,催化增强S2O82-的阴极ECL信号,构建非标记型免疫传感器。当抗原蛋白在电极表面与抗体形成免疫复合物时,屏蔽了检测液中底物与电极表面固载酶之间的接触并阻碍了电子传递,使ECL信号强度随抗原浓度增加而减小,建立ECL信号与待测物浓度之间的线性依赖关系,实现对血清中肿瘤标志物CEA的快速灵敏检测,检测限达1.04 ng/mL。

Ru(bpy)_3^(2+)阴极电化学发光行为的机理研究

为了研究发光电位在0.20 V(vs.Ag/AgCl)左右的Ru(bpy)32+阴极电化学发光行为的机理,改善此电化学发光体系的灵敏度和重现性,考察了电位扫描圈数、扫描范围对此阴极电化学发光行为的影响。结果表明,Au和Nafion在这种独特的阴极电化学发光中起了关键的作用。基于实验结果,提出了一种可能的激发模式,并应用此激发模式对一些电化学发光现象进行了解释。

热阴极直流辉光等离子体化学气相沉积法制备纳米晶金刚石膜的研究

采用热阴极直流辉光等离子体CVD方法,在氩气/甲烷/氢气混合气氛中制备出纳米晶金刚石膜,研究不同氩气/氢气流量比对纳米晶金刚石膜沉积的影响。对样品形貌的SEM测试表明,随着氩气与氢气流量比由40/160增加到190/10,膜中金刚石晶粒尺寸由约600nm减小到约30nm。金刚石膜Raman谱中金刚石特征峰逐渐减弱,石墨G峰逐渐增强,反式聚乙炔特征峰及其伴峰强度加大。等离子体光谱分析表明C2是生长纳米晶金刚石膜的主要活性基团。

低温熔盐中Al^(3+)在钨钼电极上的阴极电化学行为研究

本文研究了Na_3AlF_6-AlF_3-Al_2O_3低温熔盐体系中Al^(3+)的阴极行为。电解质分子比为1.59,实验温度为850℃,采用Al^(3+)/Al为参比电极,钨丝、钼丝为工作电极,石墨为辅助电极。运用循环伏安法、计时电位法研究了Al^(3+)的电化学行为。分别在钨电极、钼电极上以-0.7 V进行恒电压电解,采用SEM、EDS对阴极电解产物进行了表征,采用XRD分析手段分析了电解产物的物相组成。结果表明,在工作电极为钨或钼时,Al^(3+)的电化学反应过程是由扩散控制的准可逆过程;Al^(3+)在两种电极上的扩散系数分别为0.93×10^(-5)cm^2/s和1.28×10^(-5)cm^2/s;铝在两种电极上沉积时,与两种电极材料都会发生合金化反应。