金属光电化学阴极保护材料及其防腐功能

2022-05-17

金属腐蚀会导致地球资源浪费，甚至会造成金属管道气体泄漏、爆炸等事故，对金属腐蚀的防护一直是各国极为重视和关注的问题。传统腐蚀防护技术可以分为屏障保护和电化学保护。单纯的涂层物理屏障不可避免地存在长期使用的失效问题。电化学保护包括牺牲阳极和外加电流的阴极保护方法，但此方法存在电能浪费和牺牲阳极损耗等不足。光电化学阴极保护因其绿色、节能、经济，受到学者的广泛关注。其原理是将光电阴极保护材料涂敷在被保护金属表面，或作为光阳极通过导线与被保护金属相连，当具有大于光电阴极保护材料带隙能量的光照射时，其价带中的电子吸收光子，并被激发到导带形成光生电子（e），而价带中由于缺失电子而产生光生空穴（h+）。光生电子转移并富集在被保护金属表面，促使金属发生阴极极化而达到强制抑制金属腐蚀的目的，光生空穴则转移到光电阴极保护材料/溶液界面，与溶液中的还原性物质发生反应（如图1所示）[1,2]。与传统阴极保护技术相比，光电化学阴极保护不需要牺牲阳极材料，同时也不需要外加电流使金属阴极极化，它利用太阳光作为清洁能源为金属提供可持续的防腐保护措施，是真正意义上的节能环保技术，具有广泛的开发潜力和应用前景。将光电阴极保护材料制成光阳极电极和防腐涂层是实施光电阴极防护的主要途径。本文将从光电化学阴极保护材料的制备与性能、光电极防护和光电阴极防腐涂层三个角度，阐述近年来国内外光电阴极保护材料及其防腐功能化实现的最新研究进展、存在的问题和发展趋势。

图1 光电化学阴极保护原理示意图

Fig.1 Schematic diagram of the principle of photoelectroche-mical cathodic protection