书 书 书 doi： 10． 7503 /cjcu20130080
电解质对 TiO
2
纳米管阵列膜
光生阴极保护效应的影响
张
娟，朱燕峰，郭
亚，徐
璐，漆海清，周剑章，杜荣归，林昌健
（ 厦门大学化学化工学院化学系，固体表面物理化学国家重点实验室，厦门 361005）摘要 基于光电化学测试考察了光电解池中电解质（ NaNO3，NaCl，Na2SO4，Na2S和 NaOH） 的种类和浓度对
阳极氧化法制备的锐钛矿型 TiO2膜电极光电性能的影响，并解释了其作用机理． 结果表明，电解质捕获空
穴的能力顺序为 Na2S＞NaOH＞Na2SO4＞NaCl＞NaNO3． Na2S和 NaOH 在溶液中具有协同作用，当两者组成混
合溶液并且浓度均为 0. 5 mol /L 时，更有利于 TiO2 膜光生电子-空穴对的分离和光电转化性能的提高． 当
0. 5 mol / L NaCl溶液中的 403 不锈钢（ 403SS） 与 0. 5 mol /L Na2S+0. 5 mol / L NaOH混合溶液中的 TiO2膜电极
耦连时，光照膜电极可使 403SS 的电极电位负移约 650 mV，具有良好的光生阴极保护效应． 当切断光源时， 在该混合液中 TiO2膜也能对 403SS 起到一定的阴极保护作用． 关键词 TiO2纳米管阵列膜； 电解质； 空穴捕获剂； 光生阴极保护 中图分类号 O646 文献标志码 A 收稿日期： 2013-01-23． 基金项目： 国家高 技 术 研 究 发 展 专 项 基 金 （ 批 准 号： 2009AA03Z327 ） 和 国 家 自 然 科 学 基 金 （ 批 准 号： 21073151，21173177 和 21021002） 资助．
联系人简介： 杜荣归，男，教授，博士生导师，主要从事腐蚀电化学和材料电化学研究． E-mail： rgdu@ xmu． edu． cn
TiO2 具有优良的光电转化性质，当把光照下的 TiO2 薄膜通过导线与金属连接时，产生的光生电子 通过导线转移到金属表面，可使金属的电极电位降低，对金属起到阴极保护作用，即所谓的光生阴极 保护［1，2］． 但是，由于 TiO2 是宽禁带（ 3. 2 eV） 的半导体，对于大部分的可见光都不能进行有效地吸收， 光照时产生的光生电子-空穴对在转为暗态后复合速度快，光生阴极保护作用难以维持． 因此，如何提 高 TiO2 薄膜的光电转换效应成了研究的热点． 除了对 TiO2半导体进行改性和制备复合膜 ［3 ～ 6］ 可以改 变和提高 TiO2 膜的光电性能外，环境介质的影响和选择也是要考虑的重要因素． 实施光生阴极保护 时，光电解池中与 TiO2 半导体接触的电解质溶液中必须有空穴捕获剂来捕获空穴，光生电子的转移才 能有效地进行［4，7，8］ ． 电解质溶液对 TiO2半导体光电转化性能的影响主要取决于捕获剂的氧化还原能 力，表征这种能力的参数是其还原电势． Park 等［9］ 研究了一些有机醇、有机酸和水等空穴捕获剂对 TiO2 半导体光阳极光生阴极保护效应的影响，认为 0. 05 mol /L 甲酸是较好的空穴捕获剂，并揭示了甲 酸溶液中不同 pH 值时金属光生电位（ EpH） 和光生电流（ IpH） 随时间的变化规律． 在光催化降解污染物 的研究中［10 ～ 12］，多使用有机溶液作为空穴捕获剂，而采用无机电解质作为空穴捕获剂的报道较少． Lin等［13］
采用 0. 1 mol /L Na2SO4 和 0. 1 mol /L Na2S+0. 2 mol / L NaOH作为光电解池中的电解质时，发
现添加 S2－
作为空穴捕获剂对 TiO2 膜的光电流强度有增强作用，有利于光生电子-空穴对的分离，但未
考察 S2－
浓度的影响作用及增强 TiO2 膜光电转换效应的机理．
本文考察了光电解池中几种无机电解质（ Na2S，NaOH，Na2SO4，NaCl 和 NaNO3） 及其浓度对 TiO2
薄膜光电性能特别是光生阴极保护效应的影响，对空穴捕获剂及相关电解质的作用机理进行了探讨．
1
实验部分
1． 1 试剂与仪器
无水乙醇、氢氧化钠、氯化钠和氯化钾（ 国药集团化学试剂有限公司） ； 氢氟酸（ 上海申博化工有限公 司） ； 硫酸钠和硝酸钠（ 广东光华科技股份有限公司） ； 硫化钠（ 西陇化工股份有限公司） ； 硝酸钠（ 广东 光华科技股份有限公司） ． 所用试剂均为分析纯； 溶液均用二次去离子水配制．
SX2-4-10马弗炉（ 上海博迅实业有限公司医疗设备厂） ； LPX150 氙灯和 SBP300 光栅光谱仪（ 北京
卓立汉光仪器公司） ； 263A 型恒电位仪（ 美国 Princeton Applied Ｒesearch 公司） ； S-4800 冷场发射扫描 电子显微镜（ SEM，日本日立公司） ； X 射线晶体衍射仪（ XＲD，荷兰 Panalytical 公司，Cu Kα 靶，λ = 0. 15406 nm） ． 1． 2 阳极氧化法制备 TiO2 纳米管阵列膜 将尺寸为 15 mm × 10 mm × 0. 1 mm 的钛箔依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗 10 min，自然晾干． 室温下，以钛箔为阳极，Pt 片为阴极，0. 5% （ 质量分数） HF 水溶液为电解液，在 20 V 电压下阳极氧化 30 min 后，用大量去离子水冲洗样品表面，自然晾干． 将样品置于 450 ℃ 马弗炉中恒 温热处理 2 h，在 Ti 表面制得 TiO2 纳米管阵列膜． 1． 3 TiO2 纳米管阵列膜光电性能的测试 用自制的光电化学联用系统进行光电化学测试． 该系统包括 LPX150 高压氙灯，SBP300 光栅光谱 仪、263A 恒电位仪、Model 194 斩波器、Model 5210 锁相放大器和光电解池． 入射光可通过电解池侧面
的石英玻璃窗口照射到电解池中样品的表面． 在三电极体系的光电解池中分别以制得的 Ti 表面 TiO2
纳米管阵列膜（ 1 cm×1. 5 cm） 作为工作电极（ 简称为 TiO2 膜电极，表示为 TiO2/ Ti） ，饱和甘汞电极
（ SCE） 为参比电极（ ＲE） ，铂丝为辅助电极（ CE） ． TiO2/ Ti电极的电位和光电流的测量均在单个光电解
池中进行，未与被保护的金属相连． 这样可以观测到入射光间歇照射时 TiO2/ Ti的电极电位及其随时
间的变化．
配制不同的电解质溶液分别装入光电解池中，用于测试 TiO2 纳米管阵列膜浸泡于其中的光电转
化性能． 配制的溶液包括： （ 1） 不同浓度的 Na2SO4 溶液； （ 2） 浓度均为 0. 5 mol /L 的 Na2S，NaOH，
Na2SO4，NaCl 和 NaNO3溶液； （ 3） 由 0. 1 mol /L Na2S和不同浓度 NaOH 组成的混合溶液； （ 4） 由 0. 5
mol / L NaOH和不同浓度 Na2S组成的混合溶液． 1． 4 光生阴极保护测试 以 403SS 作为被保护金属，用于测试 TiO2纳米管阵列膜的光生阴极保护效应． 钢板加工成尺寸为 10 mm × 10 mm × 2 mm的试样，其表面依次用 No． 400-1500 的水磨砂纸逐级打磨，再用 0. 3 μm 的 Al2O3 抛光粉抛光成镜面，然后依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗各 10 min，干燥备用． TiO2 纳米管阵列膜光生阴极保护性能的测试采用光电解池和腐蚀测试电解池组成的双电解池联用系统，装 置如图 1 所示． 以制备的 Ti 表面膜为光阳极（ 即 TiO2/ Ti电极） ，置于光电解池中，其中的电解质为
Fig． 1 Schematic illustration of the experimental setup for photocathodic protection measurements
0. 5 mol / L Na2S+0. 5 mol / L NaOH溶液． 腐蚀测试
电解池为三电极体系，工作电极（ WE） 为 403SS，辅 助电极为 Pt 电极，参比电极为饱和甘汞电极，以 0. 5 mol / L NaCl溶液为腐蚀介质． 光电解池的侧面 有石英玻璃窗口，可让入射光通过并直接照射到光 阳极表面． 采用 Cu 导线将光阳极与 403SS 耦连， 光电解池与腐蚀测试电解池通过盐桥连接． 光照时 以 150 W 高压 Xe 灯作为白光光源，直接照射于 TiO2 膜表面． 通过上述装置可测量光照前后 403SS 的电极电位随时间的变化，考察 TiO2 膜对 403SS 的光生阴极保护作用．
2
结果与讨论
2． 1 TiO2 薄膜表面形貌及结构构，纳米管比较均匀，管的内径约为 100 nm，管长约为 380 nm［图 2（ A） 插图］． 图 2（ B） 为 TiO2 纳米管
阵列膜的 XＲD 谱图． 其中 25. 281°和 37. 801°处的衍射峰对应于锐钛矿 TiO2（ JCPDF 89-2762） 的（ 101）
和（ 004） 晶面． 表明通过阳极氧化并在 450 ℃ 下热处理 2 h 后获得的纳米管阵列膜的晶型为锐钛矿型 TiO2．
Fig． 2 SEM image（ A） and XＲD pattern（ B） of a TiO2nanotube film
Inset of（ A） shows the length of the TiO2nanotubes．
2． 2 电解质对 TiO2 纳米管阵列膜光电性能的影响 2． 2． 1 Na2SO4 浓度的影响 Na2SO4 是光电测试中较常见的电解质，以往研究中所采用的 Na2SO4 浓 度从 0. 1 mol /L 到 0. 5 mol /L 不等［7，13 ～ 17］． 为进行比较，测试了不同 Na2SO4 浓度时 TiO2 纳米管阵列膜 （ 简称 TiO2 膜） 的光电性能． 其中，TiO2/ Ti的电极电位和光电流谱的测量在未与 403SS 相连的独立光 电解池中进行． 图 3（ A） 为间歇光照下 TiO2/ Ti在不同浓度 Na2SO4 溶液中电极电位随时间变化的曲线． 由在去离子水中测试的曲线（ 曲线 a） 可见，电位虽受光照的影响，但变化小． 当在去离子水中加入 Na2SO4 电解质后，TiO2 膜在光照瞬间电极电位急剧下降，且在 60 s 内达到稳定． 当光源切断后，TiO2 膜的电位也比在去离子水中要负一些． 原因可能是光照下 TiO2/ Ti电极上产生的光生电子-空穴对迅速 分离并扩散至电极 /溶液界面建立双电层，从而产生光照时新的电极电位（ 即光生电位） ； 由于电子和 空穴之间存在复合作用，当载流子的产生、分离和复合三者之间建立平衡时，电位趋于稳定． 当溶液 中加入 Na2SO4 电解质后，由于 SO 2－ 4 带负电，对空穴有一定的捕获作用，有利于光生电子和空穴对的 分离，所以光照下 TiO2 膜的电位比在纯水中更负． 从图 3 中还可看出，随着 Na2SO4 浓度的增加，光照 下 TiO2 的电位负移，说明电解质的浓度越大，越有利于光生电子和空穴对的分离．
Fig． 3 Potential changes（ A） and photocurrent spectra（ B） of TiO2nanotube film in Na2SO4solutions
with different concentrations under intermittent illumination
Na2SO4concentrations /（ mol·L－1） ： a． 0； b． 0. 1； c． 0. 2； d． 0. 3； e． 0. 4； f． 0. 5.
TiO2 膜电极在不同浓度 Na2SO4 溶液中的光电流谱如图 3（ B） 所示． 可以看出，TiO2 膜在去离子水 中对不同波长的光基本没有响应． 当水中含有 Na2SO4 时，TiO2 膜对光有显著的吸收，并且随着 Na2SO4 浓度的增加，光电流强度逐渐增加，说明 Na2SO4 的浓度对 TiO2 的光响应强度有一定的影响． 但是在不同浓度的 Na2SO4 溶液中，TiO2 膜对光的吸收范围（ 275 ～ 380 nm） 并没有明显的变化，最大吸 收值均在约 325 nm 处，与理论计算的 TiO2 对光的吸收范围基本一致 ［18］ ，说明溶液中 Na2SO4 浓度的 变化并不能改变 TiO2 半导体对光的吸收范围．
2． 2． 2 不同电解质的影响 光电解池中不同电解质对反应体系会有不同的影响，为进行比较，分别
测试和比较了浓度均为 0. 5 mol /L 的 NaNO3，NaCl，Na2SO4，NaOH 和 Na2S 5种电解质对 TiO2 膜电极
的光电性能的影响． 由间歇光照对应的 TiO2/ Ti的电极电位随时间变化曲线［图 4（ A） ］可以看出，光照
下，由于光生电子的产生，TiO2 膜的电极电位迅速负移，但电解质溶液种类不同，电位负移的程度不
一样，负移的程度为 Na2S＞NaOH ＞Na2SO4＞NaCl＞NaNO3． 当停止光照后，由于不同电解质对空穴的捕
获能力或影响程度不一样，TiO2 膜在暗态下的电位也不一样． 通过对比还可以发现，在 NaOH 和 Na2S
溶液中，无论是在光照还是暗态下，TiO2 膜的光响应效果均显著优于在其它 3 种电解质溶液中，说明
OH－和 S2－
作为空穴捕获剂能更有利于光生电子和空穴的分离． 在上述不同电解质溶液中，分别测试了
TiO2/ Ti电极的光电流［图 4（ B） ］． 从图 4（ B） 曲线 a 可以看出，TiO2 膜在 NaNO3 溶液中对光的响应强
度较小，在 350 nm 处的最大光电流强度为 2900 nA． 在其它 4 种电解质溶液中光电流曲线相似，吸收
强度相近，其中在 Na2S溶液中，在 325 nm 处光电流强度达到 6500 nA． 上述测试结果表明，光电解池
中电解质的种类主要影响 TiO2 的光电流响应强度，而不能扩展 TiO2 对可见光的吸收范围．
Fig． 4 Potential changes（ A） and photocurrent spectra（ B） of TiO2nanotube film in different
solutions under intermittent illumination
Solution（ 0. 5 mol /L） ： a． NaNO3； b． NaCl； c． Na2SO4； d． NaOH； e． Na2S．
Fig． 5 Potential changes（ A） and photocurrent spectra（ B） of the TiO2nanotube film in 0. 1 mol / L
Na2S solutions with different NaOH concentrations under intermittent illumination
c（ NaOH） /（ mol·L－1） ： a． 0. 1； b． 0. 2； c． 0. 3； d． 0. 4； e． 0. 5.
2． 2． 3 Na2S和 NaOH 混合溶液的影响 从上述测试结果可知，TiO2 膜电极在 NaOH 或 Na2S电解质溶
液中的光电响应效果较好，所以接下来进一步考察两者复配时的协同效果． 先选择较低的 Na2S浓度
（ 0. 1 mol /L） ，考察了加入不同浓度 NaOH 对 TiO2 膜光电性能的影响． 由间歇光照时 TiO2/ Ti电极电位
随时间变化的曲线［图 5（ A） ］可以看出，NaOH 加入到 Na2S溶液后，光照下 TiO2 膜的电极电位随着
NaOH浓度的增加负移的程度逐渐变大，当 NaOH 浓度达到 0. 5 mol /L 时，电位下降值最大． 说明空穴
捕获剂 OH－ 的浓度能影响 TiO2 的光生电位（ 光照后电极电位） ． 随着 OH － 浓度的增大，更多的光生电 子-空穴对发生分离，因而有更多的光电子跃迁到电极的导带，表现为在光照下 TiO2 膜的电极电位变 得更负． 对 TiO2 膜 电 极 在 上 述 不 同 浓 度 的 NaOH 与 Na2S 组 成 的 混 合 液 中 进 行 光 电 流 测 试，结 果 见图 5（ B） ． 可以看出，在 5 种不同浓度的混合液中，TiO2 膜电极均在 325 nm 处光电流强度达到最大，
随着 NaOH 浓度的增加，光电流强度略有增加，但并没有改变 TiO2 对光的吸收范围．
选择 NaOH 溶液的浓度为 0. 5 mol /L，考察了加入不同浓度 Na2S对 TiO2 膜电极光电响应性能的影
响． 由图 6（ A） 所示的 TiO2 膜电极电位随时间变化的曲线可以看出，随着 Na2S的加入，光照下 TiO2 膜
的电极电位比单独在 0. 5 mol /L NaOH 溶液中下降了约 200
mV，说明两者协同作用更有利于光生电子-空穴对的分离，并且在暗态下的效果也有明显提高． 随着 Na2S浓度的增加，光照下 TiO2 膜的电极电
位负移程度有所增加，当 NaOH 和 Na2S的浓度均为 0. 5 mol /L 时，电位下降的数值最大，说明此种情
况 TiO2 的光电转化性能最好． TiO2 膜电极在上述由 NaOH 与不同浓度 Na2S组成的混合溶液中的光电
流谱如图 6（ B） 所示． 当向 0. 5 mol /L NaOH 溶液中加入 Na2S后，TiO2 膜在 325 nm 处的光电流强度有
所增大，但电解质并不能使 TiO2 膜对光的吸收范围扩展至可见光区域．
Fig． 6 Potential changes（ A） and photocurrent spectra（ B） of the TiO2nanotube film in 0. 5 mol / L
NaOH with different Na2S concentrations under intermittent illumination
c（ Na2S） /（ mol·L－1） ： a． 0； b． 0. 1； c． 0. 2； d． 0. 3； e． 0. 4； f． 0. 5.
2． 3 空穴捕获剂和电解质的作用机理 当紫外光（ λ＜380 nm） 照射 TiO2 时，电子从价带（ vb） 被激发到导带（ cb） ，并在价带上产生相应的 空穴，形成了光生电子-空穴对（ e－ cb－h + vb） ． 其中 e － cb 有还原作用，而 h + vb 有氧化作用． 对于 e － cb和 h + vb 的去 向，Linsebigler 等［19］ 进行了研究，其作用途径如图 7 所示． Moser 等［20］ 发现，当 TiO2 所在的电解质溶 液中加入还原剂或氧化剂以捕获空穴或电子后，电子与空穴的复合几率就会大大下降． 可见，溶液中 电解质对 TiO2 的光电性质有重要影响． 通过上述对不同浓度 Na2SO4 电解质溶液的测试可看出，电解 质的浓度越大，电子供体越多，发生图 7 所示路径（ D） 的趋势越大，此时越有利于电子-空穴对的分离，
Fig． 7 Schematic photoexcitation in a solid followed by deexcitation events
因而有较多光生电子转移到 TiO2 膜的表面，表现 为 TiO2 在光照下的光生电位越负，光电流响应强 度越大． 对于不同的电解质，其对空穴的捕获能力 也不同． 上述测试结果表明，电解质捕获空穴能力 的顺序为 Na2S＞NaOH＞Na2SO4＞ NaCl＞NaNO3． 其原 因可能为，光生空穴（ h+ vb） 作为强氧化剂，其氧化电 位为 3. 0 V（ vs． SHE）［21，22］，能与大多数还原性物 质发生反应． 其中 S2－ ，OH－ 和 Cl－ 的氧化还原电对 和还原电势为［23］ S2 －－ 2e → S， E（ vs． SHE） = － 0. 508 V （ 1）
4OH－－ 4e → O2 + 2H2O， E（ vs． SHE） = 0. 401 V （ 2）
Cl－+ H2O － 2e → HClO + H + ， E （ vs． SHE） = 1. 49 V （ 3） 通过对比可以知道，以上 3 种离子还原能力的顺序为 S2－ ＞OH－＞Cl－，即作为空穴捕获剂，捕获能力顺 序为 S2－ ＞OH－＞Cl－． SO2－4 和 NO － 3 通常情况下是稳定的离子，不具备还原性质，但因为离子本身带负电， 所以能与带正电的 h+ vb 相结合． 由于 SO 2－ 4 离子带 2 个电子，而 Cl － 的还原能力较弱，所以在对空穴的捕 获上，表现为 SO2－ 4 优于 Cl － 离子． 当将 Na2S和 NaOH 共同作为空穴捕获剂时，由图 5 和图 6 可以看出，
两种离子能起到很好的协同作用，浓度越大，发挥的捕获效果越好，光照下的 TiO2/ Ti电位越负． 切断
光源后，虽然 TiO2 膜中会发生光生电子-空穴对的复合，但由于这两种电解质较强的捕获空穴能力，它
们的存在延缓了复合的速度，使 TiO2 膜电极的电位仍能维持较负的水平，而这对 TiO2 膜电极在 403SS
的阴极保护中发挥作用有重要的意义． 当两者的浓度均达到 0. 5 mol /L 时，其效果最佳．
TiO2 的禁带宽度较宽（ 3. 2 eV） ，其对光的吸收阈值 λg（ nm） 与其禁带宽度 Eg（ eV） 有如下关系
［18］ ： λg = 1240 / Eg （ 4） 对于 TiO2 的吸收阈值，锐钛矿相为 384 nm，金红石相为 410 nm． 从式（ 4） 可以看出，半导体的 Eg 越 小，其光吸收阈值 λg越大，对可见光的利用率越大． 本实验主要考察电解质对 TiO2 膜光电性能的影 响，并未改变其能隙宽度，因而在不同浓度、不同种类的电解质中进行光电流测试时，TiO2 的光吸收 范围基本不变，只是强度发生了一定的变化，说明改变电解质并不能改变 TiO2 对光的吸收范围． 2． 4 TiO2 纳米管阵列膜光生阴极保护效应
根据以上测试结果，TiO2 纳米管阵列膜在 0. 5 mol /L Na2S+0. 5 mol / L NaOH的混合电解质溶液中
具有最佳的光电转化性能． 图 8 为 0. 5 mol /L NaCl 溶液中的 403SS 与 0. 5 mol /L Na2S+0. 5 mol / L NaOH
溶液中的 TiO2 膜电极耦连后电极电位随时间的变化曲线． 可见，403SS 在光照前的电极电位约为 115
mV，当用白光照射时，403SS 的电极电位迅速下降至约－540 mV，表明在 TiO2 膜电极表面产生大量的
光生电子，转移到 403SS 表面，使其电极电位显著降低，起到了光生阴极保护效果． 当切断电源后，
403SS的电极电位有所上升，但上升幅度只有 30 mV． 这种结果说明空穴捕获剂的存在能很好地抑制
Fig． 8 Time evolution of the potentials of 403 stainless steel in a 0. 5 mol / L NaCl solution coupled to the TiO2 film electrode in 0. 5 mol / L NaS +0. 5
mol / L NaOH solution 光生电子和空穴对的复合，使得在光照下产生的光 生电子大量转移到 403SS 表面，因而在暗态下能维 持一段时间的阴极保护作用． 当再次用白光照射 时，403SS 的电极电位再次下降，在光照 3 h 内，电 位基本稳定． 再次切断光源后，403SS 的电极电位 逐渐正移，可能是因为电解质中的 S2－ 逐渐与空气 中的 O2 反应，导致电解质中的 Na2S浓度下降，使 得电子和空穴对复合速度有所加快，导致电极电位 上升． 但由于溶液中空穴捕获剂 OH－ 的存在，电解 质能在一定程度上减缓电子和空穴对的分离，因而 403SS的电极电位比光照前的电位低，最终稳定在 －200 mV左右达 8 h 以上． 综上所述，光电解池中不同种类和浓度的电解质溶液对 TiO2 膜电极的光电性能有重要影响． 电解 质的浓度越大，光照下 TiO2 膜的光生电位越负，光电转化性能越好． 在考察的 5 种电解质溶液中， OH－和 S2－ 对空穴捕获效果最好，能更有效地减缓光生电子-空穴对的复合． 两者复配组成混合电解质
溶液时具有协同作用，可提高 TiO2 膜的光电响应效率． 当 0. 5 mol /L NaCl 溶液中的 403SS 与处在 0. 5
mol / L Na2S+0. 5 mol / L NaOH溶液中的 TiO2 膜电极耦连时，光照下其电极电位负移约 650 mV，切断光
源后，空穴捕获剂对 TiO2 膜维持阴极保护效果也发挥了重要作用．
参 考 文 献
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Influence of Electrolytes on the Photocathodic Protection
Effect of TiO
2Nanotube Films for Stainless Steel
ZHANG Juan，ZHU Yan-Feng，GUO Ya，XU Lu，QI Hai-Qing，ZHOU Jian-Zhang，
DU Ｒong-Gui* ，LIN Chang-Jian
（ State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces，Department of Chemistry，College of Chemistry and Chemical Engineering，Xiamen University，Xiamen 361005，China）
Abstract The effect of the concentration and the variety of electrolytes（ NaNO3，NaCl，Na2SO4，Na2S，
NaOH） in a photoelectrolytic cell on photoelectrochemical properties of a TiO2 nanotube film prepared by an
anodic oxidation method was studied by photoelectrochemical measurements． The results show that the trend of different electrolytes for capturing photogenerated holes is Na2S＞NaOH＞Na2SO4＞NaCl＞NaNO3． Due to the
synergistic effect of Na2S and NaOH in a solution，when the concentrations of Na2S and NaOH were both 0. 5
mol / L，the photogenerated electron-hole pairs could be more effectively separated． The potential of 403 stain-less steel in a 0. 5 mol / L NaCl solution coupled with the TiO2film electrode in a 0. 5 mol / L Na2S+0. 5 mol / L
NaOH solution decreased by 650 mV under white-light irradiation，indicating the film could provide a good photocathodic protection effect on the steel by the assistance of the electrolyte solution． After the light was cut off，the 403 stainless steel also could be protected to a certain extent by the TiO2 film．
Keywords TiO2 nanotube film； Electrolyte； Hole scavenger； Photocathodic protection
