ZnIn2S4/FeOOH/BiVO4三元异质结光阳极的构建及其对304不锈钢的光阴极保护性能研究

针对BiVO4光阳极在可见光利用率和载流子分离效率上的局限性，研究人员通过电沉积和SILAR技术构建了ZnIn2S4/FeOOH/BiVO4（Z/F/B）三元异质结光阳极。该材料在3.5 wt% NaCl溶液中表现出优异的光阴极保护（PCP）性能，光电流密度达11.7 μA·cm?2，光电位衰减达404 mV（vs. SCE），电荷转移电阻（Rct）显著降低。该研究为海洋环境中金属防腐提供了新策略。

　　

论文解读

在海洋工程、航空航天等领域，304不锈钢（SS）虽具备优异的耐低温、耐磨性能，却难以抵御高Cl^?环境的腐蚀。传统防腐技术如涂层或电化学保护存在能耗高、环境风险等问题。光电阴极保护（Photocathodic Protection, PCP）技术通过半导体光生电子使金属阴极极化，实现零能耗、无污染的防腐，但其核心材料BiVO₄因可见光利用率低、载流子复合率高而受限。为此，山东某研究团队在《Applied Surface Science》发表研究，通过构建ZnIn₂S₄/FeOOH/BiVO₄（Z/F/B）三元异质结光阳极，显著提升了PCP性能。

研究采用电沉积和连续离子层吸附反应（SILAR）技术制备Z/F/B光阳极，结合X射线衍射（XRD）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、电化学阻抗谱（EIS）等方法分析其结构与性能。

研究结果

1. 材料表征：FESEM和HRTEM显示FeOOH纳米块与ZnIn₂S₄纳米棒成功负载于BiVO₄表面，XPS证实元素化学态未改变。UV-Vis DRS表明Z/F/B的光吸收范围扩展至可见光区。
2. 光电性能：Z/F/B的光电流密度达11.7 μA·cm^?2，开路电位（OCP）衰减404 mV（vs. SCE），电荷转移电阻（R_ct）仅为纯BiVO₄的17/25，表明载流子分离效率显著提升。
3. 机制分析：PL光谱和Mott-Schottky曲线证实三元异质结加速了电子-空穴分离，FeOOH作为助催化剂促进表面反应，ZnIn₂S₄的引入增强了光稳定性。

结论与意义
该研究通过构建Z/F/B三元异质结，解决了BiVO₄在PCP应用中的关键瓶颈，其光电流密度和电位衰减性能优于二元体系（F/B、Z/B）及纯BiVO₄。EIS和Tafel曲线进一步验证了其对304 SS的防腐效果。这一成果为海洋环境中的金属长效防腐提供了创新性解决方案，推动了绿色防腐技术的发展。