Propriedades de proteção catódica fotogeradas de nanocompósitos Ag/NiS/TiO2

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 4814 (2022) Citar este artigo

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TiO2 é um material semicondutor usado na conversão fotoelétrica. A fim de melhorar a taxa de utilização da luz, nanopartículas de sulfeto de níquel e prata foram sintetizadas na superfície de nanofios de dióxido de titânio por métodos simples de impregnação-deposição e fotorredução. Uma série de estudos foi realizada sobre o efeito de proteção catódica de nanocompósitos Ag/NiS/TiO2 em aço inoxidável 304, com análises adicionais sobre a morfologia, composição e características de absorção de luz do material. Os resultados indicam que quando o número de ciclos de impregnação-deposição de sulfeto de níquel é 6 e a concentração de fotorredução de nitrato de prata é 0,1 M, os nanocompósitos Ag/NiS/TiO2 preparados podem fornecer a melhor proteção catódica para o aço inoxidável 304.

A aplicação de semicondutores do tipo n para proteção fotocatódica usando luz solar tem sido um tópico importante nos últimos anos. Sob a excitação da luz solar, os elétrons da banda de valência (VB) do material semicondutor serão excitados para a banda de condução (CB), gerando elétrons fotogerados. Se o potencial da banda de condução do semicondutor ou nanocompósito for mais negativo que o potencial autocondicionante do metal acoplado, esses elétrons fotogerados serão transferidos para a superfície do metal acoplado. O acúmulo de elétrons levará à polarização catódica do metal, e a proteção catódica do metal acoplado será fornecida1,2,3,4,5,6,7. Os materiais semicondutores são teoricamente considerados como um fotoânodo não sacrificial porque a reação anódica não decompõe os próprios materiais semicondutores enquanto é realizada através da oxidação da água por buracos fotogerados ou poluentes orgânicos adsorvidos1, ou a presença de agentes de captura captura buracos fotogerados. Mais importante ainda, o material semicondutor deve ter um potencial CB que seja mais negativo do que o potencial de corrosão do metal protegido. Somente assim os elétrons fotogerados podem ser transferidos da banda de condução do semicondutor para o metal protegido. Os estudos de resistência à corrosão fotoquímica têm se concentrado em materiais semicondutores inorgânicos do tipo n com bandas largas (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7, que respondem apenas à luz ultravioleta (< 400 nm), reduzindo a disponibilidade de luz.

No campo da anticorrosão marinha, a tecnologia de proteção catódica fotoeletroquímica desempenha um papel fundamental. TiO2 é um tipo de material semicondutor com excelente propriedade de absorção de luz UV e desempenho de fotocatálise. No entanto, devido à sua baixa taxa de utilização de luz, os buracos de elétrons fotogerados se compõem facilmente e não podem ser protegidos em condições de estado escuro. Mais estudos são necessários para propor soluções razoáveis ​​e práticas. Foi relatado que muitos tratamentos de modificação de superfície podem ser aplicados para melhorar a fotossensibilidade do TiO2, como dopagem com Fe, N e composição com Ni3S2, Bi2Se3, CdTe e assim por diante. Portanto, a composição de TiO2 com materiais de alta eficiência de conversão fotoelétrica tem sido amplamente aplicada no campo da proteção catódica fotogerada.

O sulfeto de níquel é um material semicondutor com largura de banda estreita de apenas 1,24 eV8,9. Quanto mais estreita for a largura do intervalo de banda, mais forte será a taxa de utilização da luz. Quando o sulfeto de níquel é composto na superfície do dióxido de titânio, a taxa de utilização da luz pode ser ampliada. Combinado com dióxido de titânio, a eficiência de separação de elétrons e buracos fotogerados pode ser melhorada de forma eficaz. O sulfeto de níquel é amplamente utilizado na produção eletrocatalítica de hidrogênio, baterias e degradação de poluentes8,9,10. No entanto, sua aplicação em proteção fotocatódica não foi relatada. Neste estudo, um material semicondutor com largura de gap estreita foi escolhido para resolver a eficiência de utilização de baixa luz do TiO2. Nanopartículas de sulfeto de níquel e prata foram combinadas na superfície de nanofios de TiO2 pelos métodos de impregnação-deposição e fotorredução, respectivamente. O nanocompósito Ag/NiS/TiO2 melhora a eficiência de utilização da luz, o que faz com que a faixa de absorção da luz se expanda da região do ultravioleta para a região do visível. Enquanto isso, a deposição de nanopartículas de prata confere aos nanocompósitos Ag/NiS/TiO2 excelente estabilidade óptica e proteção catódica sustentável.