《新型納米MnO2/TiO2複合材料光電反應機制與光陰極保護研究》是依託中國海洋大學，由王愛萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型納米MnO2/TiO2複合材料光電反應機制與光陰極保護研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王愛萍
- 依託單位：中國海洋大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
納米TiO2光生陰極保護技術具有廣闊的套用前景，引起了腐蝕科學家的廣泛關注，實現光照後納米TiO2對基體的有效陰極保護是其走向實用化的關鍵技術。目前採用納米TiO2複合電子池材料，利用多價態離子的遷移實現光照後光電延時性能，此儲能過程無明顯光電化學效應，致使光電化學穩定性差，外電流輸出低，不能滿足陰極保護的需要。本項目利用納米MnO2在一定電位下的可逆氧化還原反應儲能特性，通過控制合成，使納米TiO2光電特性和納米MnO2電化學儲能特性有機結合；利用光電實驗，研究目標材料光生載流子的傳遞、複合、儲存等界面動力學過程，揭示光致電化學反應機制；探索目標材料光照前後的陰極保護規律；明確構效關係；最終獲得高光電活性、高儲能、持續性和可控性於一身的新型納米MnO2/TiO2複合材料，實現光照後對基體的有效陰極保護。本項目對完善功能材料光電化學反應理論及推動光生陰極保護技術實用化進程有指導意義。
結題摘要
本項目以納米TiO2光生陰極保護技術實用性為研究背景，製備新型納米MnO2/TiO2複合材料。研究目標材料光電反應機制及儲能機理；探索材料納微區光電子壽命以及如何使光電化學反應產生光電子有效傳遞到受保護金屬的過程，最終實現對金屬有效陰極保護。 本項目完成結果如下： 1、 本項目首先研究納米TiO2摻雜對納米MnO2電容性能影響。結果表明，納米TiO2摻雜對納米MnO電容性能存在最佳比例，摻雜量太少，其比電容量沒有得到有效提高；摻雜量太多造成層間堵塞從而阻礙離子的傳遞,使電容性能下降。為製備具有光電性能新型納米MnO2/ TiO2提供了理論和實驗依據。 2、通過溶膠凝膠法製備Mn摻雜納米TiO2材料。Mn摻雜減小納米TiO2帶隙；暗態下延長基體陽極鈍化區；光照後納米TiO2光生電子遷移與摻雜Mn電化學電容性能具有協同作用，向外電路的輸出陽極光電流值比純TiO2薄膜高一倍，顯示優異的光生陰極保護性能。實驗表明，0.8%Mn摻雜TiO2複合薄膜其性能最佳。 3、通過液相氧化還原等方法製備（MWCNT/MnO2）/TiO2複合薄膜。研究表明，複合薄膜光吸收邊帶明顯紅移，減小納米TiO2帶隙；暗態下陽極區電流出現增大現象；光照下MWCNT/MnO2複合薄膜中雙電層電容和法拉第贗電容性有效延長納米TiO2光生電子壽命，陽極區光電流值比純TiO2薄膜高3個數量級，表現出優異光生陰極保護性能。其中以硫酸錳為還原劑製備（MWCNT/MnO2）/TiO2複合薄膜其光陰極保護性能最佳。 4、為避免高溫對納米MnO2法拉第贗電容性能的影響，在室溫下成功製備具有光電性能的銳鈦礦型納米TiO2；採用層層自組裝製備納米MnO2/TiO2複合材料，紫外可見吸收光譜出現明顯紅移；光照下TiO2光生電子能在層間快速有效轉移，並使複合材料MnO2氧化還原反應電流值明顯增加，其中交替成膜自組裝形式表現出優異的光電性能。 本項目系統研究Mn離子、MnO2以及複合碳納米管載體等方式製備新型納米MnO2/TiO2複合材料。新型納米MnO2/TiO2複合材料由於Mn多價態離子的氧化還原反應實現光生電子儲存與釋放，達到對不鏽鋼基體持續穩定光生陰極保護目的,對推動光陰極保護技術套用有重要意義。
