Proprietà di protezione catodica fotogenerata di nanocompositi Ag/NiS/TiO2

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 4814 (2022) Citare questo articolo

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Il TiO2 è un materiale semiconduttore utilizzato nella conversione fotoelettrica. Al fine di migliorare il tasso di utilizzo della luce, le nanoparticelle di solfuro di nichel e argento sono state sintetizzate sulla superficie dei nanofili di biossido di titanio mediante semplici metodi di impregnazione-deposizione e fotoriduzione. Sono stati condotti una serie di studi sull'effetto di protezione catodica dei nanocompositi Ag/NiS/TiO2 sull'acciaio inossidabile 304, con ulteriori analisi sulla morfologia, composizione e caratteristiche di assorbimento della luce del materiale. I risultati indicano che quando il numero di cicli di impregnazione-deposizione di solfuro di nichel è 6 e la concentrazione di fotoriduzione del nitrato d’argento è 0,1 M, i nanocompositi Ag/NiS/TiO2 preparati possono fornire la migliore protezione catodica per l’acciaio inossidabile 304.

L'applicazione dei semiconduttori di tipo n alla protezione fotocatodica utilizzando la luce solare è stata un tema caldo negli ultimi anni. Sotto l'eccitazione della luce solare, gli elettroni nella banda di valenza (VB) del materiale semiconduttore verranno eccitati nella banda di conduzione (CB), generando elettroni fotogenerati. Se il potenziale della banda di conduzione del semiconduttore o del nanocomposito è più negativo del potenziale di autoattacco del metallo accoppiato, questi elettroni fotogenerati verranno trasferiti sulla superficie del metallo accoppiato. L'accumulo di elettroni porterà alla polarizzazione catodica del metallo e verrà fornita la protezione catodica del metallo accoppiato1,2,3,4,5,6,7. I materiali semiconduttori sono teoricamente considerati un fotoanodo non sacrificale perché la reazione anodica non decompone i materiali semiconduttori stessi mentre viene effettuata tramite ossidazione dell'acqua da parte dei fori fotogenerati o degli inquinanti organici adsorbiti1, oppure la presenza di agenti intrappolanti cattura i fori fotogenerati. Ancora più importante, il materiale semiconduttore dovrebbe avere un potenziale CB più negativo del potenziale di corrosione del metallo protetto. Solo in questo modo gli elettroni fotogenerati possono essere trasferiti dalla banda di conduzione del semiconduttore al metallo protetto. Gli studi sulla resistenza alla corrosione fotochimica si sono concentrati su materiali semiconduttori inorganici di tipo n con ampie bande proibite (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, che rispondono solo alla luce ultravioletta (< 400 nm), riducendo la disponibilità di luce.

Nel campo dell’anticorrosione marina, la tecnologia di protezione catodica fotoelettrochimica gioca un ruolo fondamentale. TiO2 è un tipo di materiale semiconduttore con eccellenti proprietà di assorbimento della luce UV e prestazioni di fotocatalisi. Tuttavia, a causa del basso tasso di utilizzo della luce, i buchi elettronici fotogenerati si compongono facilmente e non possono essere protetti in condizioni di stato di oscurità. Sono necessari ulteriori studi per proporre soluzioni ragionevoli e pratiche. È stato riportato che molti trattamenti di modificazione superficiale possono essere applicati per migliorare la fotosensibilità del TiO2, come il drogaggio con Fe, N e la composizione con Ni3S2, Bi2Se3, CdTe e così via. Pertanto, la composizione del TiO2 con materiali ad alta efficienza di conversione fotoelettrica è stata ampiamente applicata nel campo della protezione catodica fotogenerata.

Il solfuro di nichel è un materiale semiconduttore con una larghezza di banda stretta di soli 1,24 eV8,9. Quanto più stretta è la larghezza del gap di banda, tanto più forte sarà il rapporto di utilizzo della luce. Quando il solfuro di nichel viene aggiunto alla superficie del biossido di titanio, il rapporto di utilizzo della luce può essere ampliato. In combinazione con il biossido di titanio, l'efficienza di separazione degli elettroni e delle lacune fotogenerate può essere migliorata in modo efficace. Il solfuro di nichel è ampiamente utilizzato nella produzione di idrogeno elettrocatalitico, nelle batterie e nella degradazione degli inquinanti8,9,10. Tuttavia, la sua applicazione nella protezione fotocatodica non è stata segnalata. In questo studio, è stato scelto un materiale semiconduttore con una larghezza di banda stretta per risolvere l'efficienza di utilizzo della scarsa illuminazione del TiO2. Le nanoparticelle di solfuro di nichel e argento sono state combinate sulla superficie dei nanofili di TiO2 rispettivamente mediante metodi di impregnazione-deposizione e fotoriduzione. Il nanocomposito Ag/NiS/TiO2 migliora l'efficienza dell'utilizzo della luce, consentendo all'intervallo di assorbimento della luce di espandersi dalla regione dell'ultravioletto alla regione del visibile. Nel frattempo, la deposizione di nanoparticelle d’argento conferisce ai nanocompositi Ag/NiS/TiO2 un’eccellente stabilità ottica e una protezione catodica sostenibile.