不同浓度比的硫酸根和氯离子溶液中钝化膜的半导体特性转变机制研究

夏大海 杨丽霞

引用本文: 夏大海, 杨丽霞. 不同浓度比的硫酸根和氯离子溶液中钝化膜的半导体特性转变机制研究[J]. 物理化学学报, 2014, 30(8): 1465-1473. doi: 10.3866/PKU.WHXB201405211 shu
Citation:  XIA Da-Hai, YANG Li-Xia. AMechanistic Study on Semiconductivity Conversion of Passive Films under Varying Sulfate to Chloride Concentration Ratios[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(8): 1465-1473. doi: 10.3866/PKU.WHXB201405211 shu

不同浓度比的硫酸根和氯离子溶液中钝化膜的半导体特性转变机制研究

  • 基金项目:

    国家留学基金委全额资助项目 

摘要:

800合金作为核电站蒸汽发生器的一种关键材料,服役环境下其表面钝化膜的特性一直是人们研究的热点. 本文用Mott-Schottky方法研究了800合金在不同硫酸根离子和氯离子浓度比的溶液中钝化膜的半导体特性,并结合电化学阻抗谱(EIS)、扫描电镜(SEM)、扫描电化学显微镜(SECM)研究了钝化膜的耐蚀性和表面活性. Mott-Schottky结果表明,800合金表面钝化膜的半导体特性与溶液中硫酸根、氯离子的浓度比有关,随硫酸根与氯离子浓度比的降低,半导体特性发生转变. 当硫酸根与氯离子的浓度比较高时,钝化膜为p型半导体;而当硫酸根与氯离子的浓度比较低时,钝化膜为n型半导体. EIS、SECM、SEM结果表明,随浓度比的降低钝化膜由过钝化溶解转为明显的点蚀特征,钝化膜表面活性增加. 钝化膜特性的改变与其半导体类型的转变密切相关,而半导体特性的转变由氯离子、硫酸根离子在800合金钝化膜表面的竞争吸附所致,其在表面的竞争吸附直接影响钝化膜表面发生的化学反应,改变电极/溶液界面电势差,使钝化膜中的空位类型改变,最终决定半导体类型.

English

    1. [1]

      (1) Xia, D. H.; Song, S. Z.; Zhu, R. K.; Behnamian, Y.; Shen, C.; Wang, J. H.; Luo, J. L.; Lu, Y. C.; Klimas, S. Electrochimica Acta 2013, 111, 510. doi: 10.1016/j.electacta.2013.08.030

      (1) Xia, D. H.; Song, S. Z.; Zhu, R. K.; Behnamian, Y.; Shen, C.; Wang, J. H.; Luo, J. L.; Lu, Y. C.; Klimas, S. Electrochimica Acta 2013, 111, 510. doi: 10.1016/j.electacta.2013.08.030

    2. [2]

      (2) Xia, D. H.; Zhu, R. K.; Behnamian, Y.; Shen, C.; Luo, J. L.; Lu, Y. C.; Klimas, S. Journal of the Electrochemical Society 2014, 161, C201.(2) Xia, D. H.; Zhu, R. K.; Behnamian, Y.; Shen, C.; Luo, J. L.; Lu, Y. C.; Klimas, S. Journal of the Electrochemical Society 2014, 161, C201.

    3. [3]

      (3) Zhu, R. K.; Lu, B. T.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Applied Surface Science 2013, 270, 755. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.01.150(3) Zhu, R. K.; Lu, B. T.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Applied Surface Science 2013, 270, 755. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.01.150

    4. [4]

      (4) Lu, B. T.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Journal of the Electrochemical Society 2007, 154, C379.(4) Lu, B. T.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Journal of the Electrochemical Society 2007, 154, C379.

    5. [5]

      (5) Lu, B. T.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Electrochimica Acta 2008, 53, 4122. doi: 10.1016/j.electacta.2007.12.070(5) Lu, B. T.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Electrochimica Acta 2008, 53, 4122. doi: 10.1016/j.electacta.2007.12.070

    6. [6]

      (6) Lu, Y. AECL Nuclear Review 2012, 1, 13.(6) Lu, Y. AECL Nuclear Review 2012, 1, 13.

    7. [7]

      (7) Luo, B.; Xia, D. H. Acta Physico-Chimica Sinica 2014, 30, 59. [罗兵,夏大海.物理化学学报, 2014, 30, 59.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201311221(7) Luo, B.; Xia, D. H. Acta Physico-Chimica Sinica 2014, 30, 59. [罗兵,夏大海.物理化学学报, 2014, 30, 59.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201311221

    8. [8]

      (8) Montemor, M. F.; Ferreira, M. G. S.; Walls, M.; Rondot, B.; Belo, M. C. Corrosion 2003, 59, 11. doi: 10.5006/1.3277531(8) Montemor, M. F.; Ferreira, M. G. S.; Walls, M.; Rondot, B.; Belo, M. C. Corrosion 2003, 59, 11. doi: 10.5006/1.3277531

    9. [9]

      (9) Huang, J.; Wu, X.; Han, E. H. Corrosion Science 2009, 51, 2976. doi: 10.1016/j.corsci.2009.08.002(9) Huang, J.; Wu, X.; Han, E. H. Corrosion Science 2009, 51, 2976. doi: 10.1016/j.corsci.2009.08.002

    10. [10]

      (10) Huang, J.; Wu, X.; Han, E. H. Corrosion Science 2010, 52, 3444. doi: 10.1016/j.corsci.2010.06.016(10) Huang, J.; Wu, X.; Han, E. H. Corrosion Science 2010, 52, 3444. doi: 10.1016/j.corsci.2010.06.016

    11. [11]

      (11) Kim, H.; MacDonald, D. D. Corrosion Science 2010, 52, 1139. doi: 10.1016/j.corsci.2009.12.006(11) Kim, H.; MacDonald, D. D. Corrosion Science 2010, 52, 1139. doi: 10.1016/j.corsci.2009.12.006

    12. [12]

      (12) Meng, F.; Han, E. H.; Wang, J.; Zhang, Z.; Ke, W. Electrochimica Acta 2011, 56, 1781 doi: 10.1016/j.electacta.2010.08.028(12) Meng, F.; Han, E. H.; Wang, J.; Zhang, Z.; Ke, W. Electrochimica Acta 2011, 56, 1781 doi: 10.1016/j.electacta.2010.08.028

    13. [13]

      (13) Sato, N. Journal of the Electrochemical Society 1982, 129, 255. doi: 10.1149/1.2123808(13) Sato, N. Journal of the Electrochemical Society 1982, 129, 255. doi: 10.1149/1.2123808

    14. [14]

      (14) Lu, B. T.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Electrochimica Acta 2013, 87, 824. doi: 10.1016/j.electacta.2012.10.006(14) Lu, B. T.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Electrochimica Acta 2013, 87, 824. doi: 10.1016/j.electacta.2012.10.006

    15. [15]

      (15) Lu, B. T.; Tian, L. P.; Zhu, R. K.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Electrochimica Acta 2011, 56, 1848. doi: 10.1016/j.electacta.2010.09.104(15) Lu, B. T.; Tian, L. P.; Zhu, R. K.; Luo, J. L.; Lu, Y. C. Electrochimica Acta 2011, 56, 1848. doi: 10.1016/j.electacta.2010.09.104

    16. [16]

      (16) Yang, M. Z.; Luo, J. L.; Yang, Q.; Qiao, L. J.; Qin, Z. Q.; Norton, P. R. Journal of the Electrochemical Society 1999, 146, 2107. doi: 10.1149/1.1391899(16) Yang, M. Z.; Luo, J. L.; Yang, Q.; Qiao, L. J.; Qin, Z. Q.; Norton, P. R. Journal of the Electrochemical Society 1999, 146, 2107. doi: 10.1149/1.1391899

    17. [17]

      (17) Li, J.; Xu, Z. Y.; Li, J. Y.; Jiao, D. Acta Physico-Chimica Sinica 2010, 26, 2638. [李进, 许兆义, 李久义,焦迪.物理化学学报, 2010, 26, 2638.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100927(17) Li, J.; Xu, Z. Y.; Li, J. Y.; Jiao, D. Acta Physico-Chimica Sinica 2010, 26, 2638. [李进, 许兆义, 李久义,焦迪.物理化学学报, 2010, 26, 2638.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100927

    18. [18]

      (18) Yu, J. G.; Luo, J. L. Langmuir 2002, 18, 6637. doi: 10.1021/la025580n(18) Yu, J. G.; Luo, J. L. Langmuir 2002, 18, 6637. doi: 10.1021/la025580n

    19. [19]

      (19) Maurice, V.; Marcus, P. Electrochimica Acta 2012, 84, 129. doi: 10.1016/j.electacta.2012.03.158(19) Maurice, V.; Marcus, P. Electrochimica Acta 2012, 84, 129. doi: 10.1016/j.electacta.2012.03.158

    20. [20]

      (20) Massoud, T.; Maurice, V.; Klein, L. H.; Wiame, F.; Marcus, P. Corrosion Science 2013, 69, 245. doi: 10.1016/j.corsci.2012.12.010(20) Massoud, T.; Maurice, V.; Klein, L. H.; Wiame, F.; Marcus, P. Corrosion Science 2013, 69, 245. doi: 10.1016/j.corsci.2012.12.010

    21. [21]

      (21) Massoud, T.; Maurice, V.; Klein, L. H.; Marcus, P. Journal of the Electrochemical Society 2013, 160, C232.(21) Massoud, T.; Maurice, V.; Klein, L. H.; Marcus, P. Journal of the Electrochemical Society 2013, 160, C232.

    22. [22]

      (22) Tian, H. W.; Li, W. H.; Wang, D. P.; Hou, B. R. Acta Physico-Chimica Sinica 2012, 28, 137. [田惠文, 李伟华,王大鹏, 侯保荣.物理化学学报, 2012, 28, 137.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201228137(22) Tian, H. W.; Li, W. H.; Wang, D. P.; Hou, B. R. Acta Physico-Chimica Sinica 2012, 28, 137. [田惠文, 李伟华,王大鹏, 侯保荣.物理化学学报, 2012, 28, 137.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201228137

    23. [23]

      (23) Xia, D.; Wang, J.; Jiang, Y.; Li, N.; Zhou, C. Journal of Tianjin University (Science and Technology) 2013, 46, 503.(23) Xia, D.; Wang, J.; Jiang, Y.; Li, N.; Zhou, C. Journal of Tianjin University (Science and Technology) 2013, 46, 503.

    24. [24]

      (24) Staehle, R. W.; rman, J. A. Corrosion 2004, 60, 115. doi: 10.5006/1.3287716(24) Staehle, R. W.; rman, J. A. Corrosion 2004, 60, 115. doi: 10.5006/1.3287716

    25. [25]

      (25) Xia, D. H.; Song, S. Z.; Wang, J. H.; Bi, H. C. CIESC Journal 2012, 63, 1797.(25) Xia, D. H.; Song, S. Z.; Wang, J. H.; Bi, H. C. CIESC Journal 2012, 63, 1797.

    26. [26]

      (26) Xia, D. H.; Song, S. Z.; Wang, J. H.; Bi, H. C. Transactions of Tianjin University 2012, 18, 15.(26) Xia, D. H.; Song, S. Z.; Wang, J. H.; Bi, H. C. Transactions of Tianjin University 2012, 18, 15.

    27. [27]

      (27) Zheng, X.; Xia, D.; Wang, H.; Fu, C. Anti-Corrosion Methods and Materials 2013, 60, 153. doi: 10.1108/00035591311315382(27) Zheng, X.; Xia, D.; Wang, H.; Fu, C. Anti-Corrosion Methods and Materials 2013, 60, 153. doi: 10.1108/00035591311315382

    28. [28]

      (28) Zhang, Y.; Urquidi-MacDonald, M.; Engelhardt, G. R.; MacDonald, D. D. Electrochimica Acta 2012, 69, 1. doi: 10.1016/j.electacta.2012.01.022(28) Zhang, Y.; Urquidi-MacDonald, M.; Engelhardt, G. R.; MacDonald, D. D. Electrochimica Acta 2012, 69, 1. doi: 10.1016/j.electacta.2012.01.022

    29. [29]

      (29) Zhang, Y.; Urquidi-MacDonald, M.; Engelhardt, G. R.; MacDonald, D. D. Electrochimica Acta 2012, 69, 12. doi: 10.1016/j.electacta.2012.01.023(29) Zhang, Y.; Urquidi-MacDonald, M.; Engelhardt, G. R.; MacDonald, D. D. Electrochimica Acta 2012, 69, 12. doi: 10.1016/j.electacta.2012.01.023

    30. [30]

      (30) Zhang, Y.; Urquidi-MacDonald, M.; Engelhardt, G. R.; MacDonald, D. D. Electrochimica Acta 2012, 69, 19. doi: 10.1016/j.electacta.2012.01.024(30) Zhang, Y.; Urquidi-MacDonald, M.; Engelhardt, G. R.; MacDonald, D. D. Electrochimica Acta 2012, 69, 19. doi: 10.1016/j.electacta.2012.01.024

    31. [31]

      (31) Mao, F.; Sharifi-Asl, S.; Yu, J.; MacDonald, D. D. Journal of the Electrochemical Society 2014, 161, C254.(31) Mao, F.; Sharifi-Asl, S.; Yu, J.; MacDonald, D. D. Journal of the Electrochemical Society 2014, 161, C254.

    32. [32]

      (32) Shao, H. B.; Wang, J. M.; He, W. C.; Zhang, J. Q.; Cao, C. N. Electrochemistry Communications 2005, 7, 1429. doi: 10.1016/j.elecom.2005.10.002(32) Shao, H. B.; Wang, J. M.; He, W. C.; Zhang, J. Q.; Cao, C. N. Electrochemistry Communications 2005, 7, 1429. doi: 10.1016/j.elecom.2005.10.002

    33. [33]

      (33) Shao, H. B.; Wang, J. M.; Wang, X. Y.; Zhang, J. Q.; Cao, C. N. Electrochemistry Communications 2004, 6, 6. doi: 10.1016/j.elecom.2003.10.007(33) Shao, H. B.; Wang, J. M.; Wang, X. Y.; Zhang, J. Q.; Cao, C. N. Electrochemistry Communications 2004, 6, 6. doi: 10.1016/j.elecom.2003.10.007

    34. [34]

      (34) Leistner, K.; Toulemonde, C.; Diawara, B.; Seyeux, A.; Marcus, P. Journal of the Electrochemical Society 2013, 160, C197.(34) Leistner, K.; Toulemonde, C.; Diawara, B.; Seyeux, A.; Marcus, P. Journal of the Electrochemical Society 2013, 160, C197.

    35. [35]

      (35) Seyeux, A.; Maurice, V.; Marcus, P. Journal of the Electrochemical Society 2013, 160, C189.(35) Seyeux, A.; Maurice, V.; Marcus, P. Journal of the Electrochemical Society 2013, 160, C189.

    36. [36]

      (36) Zhang, C. S.; Luo, J. L.; Munoz-Paniagua, D.; Norton, P. R. Thin Solid Films 2006, 503, 149. doi: 10.1016/j.tsf.2005.10.083(36) Zhang, C. S.; Luo, J. L.; Munoz-Paniagua, D.; Norton, P. R. Thin Solid Films 2006, 503, 149. doi: 10.1016/j.tsf.2005.10.083

    37. [37]

      (37) Zhu, R. K.; Nowierski, C.; Ding, Z. F.; Noel, J. J.; Shoesmith, D. W. Chemistry of Materials 2007, 19, 2533. doi: 10.1021/cm070023d(37) Zhu, R. K.; Nowierski, C.; Ding, Z. F.; Noel, J. J.; Shoesmith, D. W. Chemistry of Materials 2007, 19, 2533. doi: 10.1021/cm070023d

    38. [38]

      (38) Zhu, R. K.; Qin, Z. Q.; Noel, J. J.; Shoesmith, D. W.; Ding, Z. F. Analytical Chemistry 2008, 80, 1437. doi: 10.1021/ac701796u(38) Zhu, R. K.; Qin, Z. Q.; Noel, J. J.; Shoesmith, D. W.; Ding, Z. F. Analytical Chemistry 2008, 80, 1437. doi: 10.1021/ac701796u

    39. [39]

      (39) Sharifi-Asl, S.; Taylor, M. L.; Lu, Z.; Engelhardt, G. R.; Kursten, B.; MacDonald, D. D. Electrochimica Acta 2013, 102, 161. doi: 10.1016/j.electacta.2013.03.143

      (39) Sharifi-Asl, S.; Taylor, M. L.; Lu, Z.; Engelhardt, G. R.; Kursten, B.; MacDonald, D. D. Electrochimica Acta 2013, 102, 161. doi: 10.1016/j.electacta.2013.03.143

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  566
  • 文章访问数:  608
  • HTML全文浏览量:  3
文章相关
  • 发布日期:  2014-07-18
  • 收稿日期:  2014-04-16
  • 网络出版日期:  2014-05-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章