改性c3n4tio2涂层制备及其光储阴极防护性能(附件)【字数：14314】
TiO2本身是一种绿色无污染的防腐蚀涂层材料，TiO2涂层光阴极保护技术受到人们广泛的关注，但是TiO2存在禁带宽度宽，电子和空穴复合比高等问题，使得TiO2的广泛应用受到限制；C3N4相比TiO2有着更快的电子迁移速率，两者有着相近的交错能带位置和禁带宽度，当两者复合后可以加快光生电子空穴的分离使得载流子寿命延长，来提高TiO2涂层的性能。本实验针对TiO2的禁带宽度宽，电子和空穴复合比高问题，通过固结法制备C3N4/TiO2复合涂层，采用恒流电沉积法在涂层上沉积Ni(OH)2得到C3N4/TiO2-Ni(OH)2复合涂层，并研究复合涂层的光生阴极防护及光储性能。通过电化学工作站、金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等仪器对其进行结构及光电抗腐蚀性能表征。测试结果表明通过恒流沉积引入Ni(OH)2到C3N4/TiO2复合涂层，可有效改善C3N4/TiO2复合涂层防腐蚀能力。电沉积时间为1200s、沉积电流为2mA时复合涂层防腐蚀性能最佳。关键字氢氧化镍;碳化氮；二氧化钛；复合涂层；光阴极保护
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 二氧化钛的晶体结构和物理化学性质 2
1.2.1 二氧化钛的物理化学性质 2
1.2.2 二氧化钛晶体结构的简介 2
1.2.3 TiO2的光生阴极保护作用原理 3
1.2.4 TiO2涂层的制备方法 4
1.3.2 Ni(OH)2TiO2的研究 5
1.4 本文选题意义及研究内容 6
第二章 实验内容 7
2.1 实验材料 7
2.2 实验仪器与设备 8
2.3 基底处理 8
2.4 C3N4/TiO2复合涂层的制备 8
2.5 制备C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层 9
2.6 C3N4/TiO2Ni(OH)2涂层的电化学测试 9
2.7 复合涂层的金相显微镜观察 11
2.8 复合涂层的X射线衍射测试 11
第三章 实验数据分析 12
3.1 复合涂层的光电转换性能 12
3.1.1 开关灯下的复合涂层的电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
流时间曲线比较 12
3.1.2 开关灯下的复合涂层的极化曲线比较 13
3.1.3 开关灯下的复合涂层的交流阻抗 14
3.1.4 开关灯下的复合涂层的循环伏安特性曲线 15
3.2沉积电流时间变化对复合涂层的耐腐蚀性能影响 15
3.2.1沉积时间不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的交流阻抗图谱 16
3.2.2沉积时间不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的电流时间图 18
3.2.3沉积时间不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的塔菲尔极化曲线图谱 20
3.2.4 沉积时间不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的循环伏安曲线图 21
3.3 沉积电流变化对复合涂层的耐腐蚀性能影响 21
3.3.1 沉积电流不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的交流阻抗图谱 22
3.3.2沉积电流不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的电流时间图 23
3.3.3沉积电流不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的塔菲尔极化曲线图谱 23
3.4沉积电流不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的伏安特性图谱 24
3.4 利用高倍金相显微镜观察复合涂层形貌 24
3.5 利用扫描电子显微镜观察复合涂层 26
3.6 C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的光储性能 27
3.6.1 电沉积不同时间的充放电曲线 27
3.6.2 电沉积不同电流的充放电曲线 27
3.7 C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的XRD曲线 28
3.8 紫外光照射前后照片 28
结论 29
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 研究背景
金属材料，在现代社会是被应用广泛的工程材料，在农业发展、科学研究等多个领域中都拥有着不可代替的作用，也和人们的生活密切相关。但是金属在使用的时候不可避免会与周边介质相接触，同时由于金属本身的热力学不稳定状态，使得金属极易发生腐蚀[1]，不仅带来了严重的经济损失和环境的污染还造成严重的安全隐患。在经济学方面：2003年度的经济调查报告调查得出，我国每年的由于金属的腐蚀直接带来了5000亿元的直接经济损失，带来的间接损失更难以预测。环境方面：金属的腐蚀会使得金属无法使用，对地球上有限的资源造成一种浪费，金属在被腐蚀氧化后会形成重金属离子，同时也对自然环境产生严重的污染[2]，例如，埋在地底的石油输送管道由于常年被各种腐蚀所侵蚀导致破裂产生后，最终使得大量的原油被浪费，同时由于原油流入到土壤中，使得土壤被污染和农田被破坏。腐蚀的危害远不止于此，在安全方面：受到腐蚀的构件会发生不可预知的损坏可能导致人员的伤亡，更加不容忽视的是，腐蚀还会带来爆炸、坍塌、火灾等各种灾难性事故[3]，这些都威胁着人们的生命。因此，腐蚀方面存在的问题，已经不单单是技术层面上的问题，还是资源，能源和环保问题，更是有关人们安全的重大战略问题。
如今，在金属防腐蚀方面存在着以下几种有效的保护方法：阴极保护法、阳极保护法、电镀和表面涂层等。但是这些方法在使用的过程中仍然存在着不足:表面涂层法会有涂层的损害和老化[4]，阳极保护法会造成金属资源的浪费，阴极保护法则由于要外加电流，更换电源，损耗大，电镀法会由于镀膜的缺陷或者金属的缺陷使得金属局部腐蚀加快。而经过研究发现，半导体的光电效应使得一种新的防腐蚀方法被发现:光电阴极防腐，同传统的防腐蚀的方法相比较，光电阴极保护是有着无与伦比的优势的，自从发现TiO2涂在金属表面在紫外光照下的光生电位会低于基片的腐蚀电位，TiO2薄膜在紫外光激发下对金属具有光生阴极保护的作用，虽然光生阴极保护金属防腐方面的应用与阴极保护相似，可是又与牺牲阳极阴极保护法不一样，此方法在理论上可成为一种永久的耐蚀涂层使用[5]。金属的光电阴极保护技术因为对环境无污染，成本低，无损耗等优点而受到广泛的关注，使得该技术在金属防腐蚀领域有着广阔的前景。
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 二氧化钛的晶体结构和物理化学性质 2
1.2.1 二氧化钛的物理化学性质 2
1.2.2 二氧化钛晶体结构的简介 2
1.2.3 TiO2的光生阴极保护作用原理 3
1.2.4 TiO2涂层的制备方法 4
1.3.2 Ni(OH)2TiO2的研究 5
1.4 本文选题意义及研究内容 6
第二章 实验内容 7
2.1 实验材料 7
2.2 实验仪器与设备 8
2.3 基底处理 8
2.4 C3N4/TiO2复合涂层的制备 8
2.5 制备C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层 9
2.6 C3N4/TiO2Ni(OH)2涂层的电化学测试 9
2.7 复合涂层的金相显微镜观察 11
2.8 复合涂层的X射线衍射测试 11
第三章 实验数据分析 12
3.1 复合涂层的光电转换性能 12
3.1.1 开关灯下的复合涂层的电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
流时间曲线比较 12
3.1.2 开关灯下的复合涂层的极化曲线比较 13
3.1.3 开关灯下的复合涂层的交流阻抗 14
3.1.4 开关灯下的复合涂层的循环伏安特性曲线 15
3.2沉积电流时间变化对复合涂层的耐腐蚀性能影响 15
3.2.1沉积时间不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的交流阻抗图谱 16
3.2.2沉积时间不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的电流时间图 18
3.2.3沉积时间不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的塔菲尔极化曲线图谱 20
3.2.4 沉积时间不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的循环伏安曲线图 21
3.3 沉积电流变化对复合涂层的耐腐蚀性能影响 21
3.3.1 沉积电流不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的交流阻抗图谱 22
3.3.2沉积电流不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的电流时间图 23
3.3.3沉积电流不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的塔菲尔极化曲线图谱 23
3.4沉积电流不同的C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的伏安特性图谱 24
3.4 利用高倍金相显微镜观察复合涂层形貌 24
3.5 利用扫描电子显微镜观察复合涂层 26
3.6 C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的光储性能 27
3.6.1 电沉积不同时间的充放电曲线 27
3.6.2 电沉积不同电流的充放电曲线 27
3.7 C3N4/TiO2Ni(OH)2复合涂层的XRD曲线 28
3.8 紫外光照射前后照片 28
结论 29
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 研究背景
金属材料，在现代社会是被应用广泛的工程材料，在农业发展、科学研究等多个领域中都拥有着不可代替的作用，也和人们的生活密切相关。但是金属在使用的时候不可避免会与周边介质相接触，同时由于金属本身的热力学不稳定状态，使得金属极易发生腐蚀[1]，不仅带来了严重的经济损失和环境的污染还造成严重的安全隐患。在经济学方面：2003年度的经济调查报告调查得出，我国每年的由于金属的腐蚀直接带来了5000亿元的直接经济损失，带来的间接损失更难以预测。环境方面：金属的腐蚀会使得金属无法使用，对地球上有限的资源造成一种浪费，金属在被腐蚀氧化后会形成重金属离子，同时也对自然环境产生严重的污染[2]，例如，埋在地底的石油输送管道由于常年被各种腐蚀所侵蚀导致破裂产生后，最终使得大量的原油被浪费，同时由于原油流入到土壤中，使得土壤被污染和农田被破坏。腐蚀的危害远不止于此，在安全方面：受到腐蚀的构件会发生不可预知的损坏可能导致人员的伤亡，更加不容忽视的是，腐蚀还会带来爆炸、坍塌、火灾等各种灾难性事故[3]，这些都威胁着人们的生命。因此，腐蚀方面存在的问题，已经不单单是技术层面上的问题，还是资源，能源和环保问题，更是有关人们安全的重大战略问题。
如今，在金属防腐蚀方面存在着以下几种有效的保护方法：阴极保护法、阳极保护法、电镀和表面涂层等。但是这些方法在使用的过程中仍然存在着不足:表面涂层法会有涂层的损害和老化[4]，阳极保护法会造成金属资源的浪费，阴极保护法则由于要外加电流，更换电源，损耗大，电镀法会由于镀膜的缺陷或者金属的缺陷使得金属局部腐蚀加快。而经过研究发现，半导体的光电效应使得一种新的防腐蚀方法被发现:光电阴极防腐，同传统的防腐蚀的方法相比较，光电阴极保护是有着无与伦比的优势的，自从发现TiO2涂在金属表面在紫外光照下的光生电位会低于基片的腐蚀电位，TiO2薄膜在紫外光激发下对金属具有光生阴极保护的作用，虽然光生阴极保护金属防腐方面的应用与阴极保护相似，可是又与牺牲阳极阴极保护法不一样，此方法在理论上可成为一种永久的耐蚀涂层使用[5]。金属的光电阴极保护技术因为对环境无污染，成本低，无损耗等优点而受到广泛的关注，使得该技术在金属防腐蚀领域有着广阔的前景。
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