表面钝化膜对黄铁矿光生载流子作用机制及其光电响应特征

The surface passivation methods have received extensive attention as it can control the production of Acid Mine Drainage（AMD） at source. Using the metal corrosion protection theory, the surface passivation method mainly focus on the suppression the oxidation of pyrite by chemical agents and microorganism. However, as semi-conductor mineral, pyrite can generates photocurrent under the light. The photocurrent may affect the passivation effect of pyrite. Yet, there are few reports about this aspect at present. It is still unknown whether the coatings on the pyrite can inhibit photo-corrosion. This project will focus on the influence of visible light illumination on the structure, composition and morphology evolution of the coatings on pyrite and the corrosion kinetics of pyrite with and without coating, and the correspondence between them will be analyzed, which is used to depict the barrier mechanism of photo corrosion with chemical principles. The photoelectric response characteristics of the passivation layer will be determined, which is used to depict the barrier mechanism of photo corrosion with electrochemical principle. The influences of passivation layer on the migration path of the photo-generated carriers from pyrite will be also investigated by applying electrochemical analysis techniques combined with fluorescence spectroscopy. On the basis of these studies, the influence of light illumination on passivation effect of pyrite would be reveal，the mechanism of the suppression of photo-corrosion would be finally clarified, and the suppression mechanism of pyrite oxidation would be enriched.

表面钝化法因能从源头上控制酸性矿山废水的产生而受到广泛关注。借鉴金属防腐蚀理论，表面钝化法主要研究钝化膜的抗化学氧化和微生物氧化机理。然而黄铁矿是半导体矿物，其在光照下会产生光电流，可能会对钝化膜的钝化效果产生影响。但是目前关于这方面的研究还很少，钝化膜是否能够抗光腐蚀尚未可知。因此本项目以黄铁矿表面钝化膜为研究对象，开展光照条件下，表面钝化膜结构、组成和表面形貌的演变规律及包膜前后黄铁矿的腐蚀动力学研究，分析它们之间对应关系，从而揭示钝化膜对光腐蚀化学阻隔机制；其次，利用光电化学分析技术，分析光照条件下表面钝化膜的光电响应特征，揭示钝化膜对光腐蚀电化学阻隔机制；最后，利用电化学分析技术结合荧光光谱分析，探讨表面钝化膜对黄铁矿光生载流子浓度和迁移途径的影响作用机制。在此基础上，揭示光对钝化效果的影响作用规律，阐明表面钝化膜对光辐射的阻隔机制，丰富黄铁矿表面钝化机理。

表面钝化法因能从源头上控制酸性矿山废水产生而受到广泛关注。目前表面钝化法主要研究钝化膜抗化学氧化和微生物氧化机理。然而黄铁矿是半导体矿物，其在光照下产生光电流可能会对钝化膜钝化效果产生影响。目前关于这方面的研究还很少，钝化膜是否能够抗光腐蚀尚未可知。因此本项目以几种较为常见黄铁矿表面钝化剂为研究对象，研究光对钝化效果作用规律，阐明表面钝化膜对光辐射阻隔机制，深化黄铁矿表面钝化机理。研究结果表明：（1）酸性条件下光会明显加速黄铁矿氧化；O2对黄铁矿间接氧化（占黄铁矿氧化34%）主要是O2和单个光生电子结合导致光生电子-空穴对分离的结果；能带结构决定了不同pH条件下黄铁矿间接氧化路径；中性和碱性环境中，黄铁矿表面Fe-O化合物形成促进了光生电子迁移，黄铁矿能带发生弯曲，带隙电位正移影响了间接氧化路径，导致空穴较难在中性和碱性溶液中发生。.（2）黄铁矿的带隙被二硫代氨基甲酸盐（DTC-TETA）缩窄，导致光生载流子复合增强，电子-空穴对迁移率降低；O2和H2O在黄铁矿表面的吸附反应势垒能被提高，减少浸溶液中光活化ROS生成量；硫代氨基甲酸基团稳定螯合Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)，C-S键抵御光生空穴的自氧化作用，消耗光生电子还原O2生成·OH。.（3）稻草生物炭能够明显抑制黄铁矿氧化；热解温度对稻草生物炭矿物复合材料的电子转移能力起着重要的作用；不同热解温度生物炭会导致黄铁矿费米能级变化，影响电子迁移能力方向；随着热解温度升高，稻草生物炭EAC占比较高，EDC/EEC先下降后逐渐增加，而EAC/EEC先增加后逐渐下降。然而加入污泥生物炭对黄铁矿氧化几乎没有抑制作用，其电子从黄铁矿转移到生物炭。.（4）氧化石墨烯钝化膜可以在提高黄铁矿催化活性同时抑制黄铁矿的光腐蚀；稳定而均匀氧化石墨烯（GO）钝化膜可以防止O2和H2O的渗透，并促进光生电子的转移；GO通过改变黄铁矿CB和VB能级，影响光生载流子的迁移，进而影响活性物种的生成；在光催化降解过程中的主要活性氧化物种有∙OH、h+、∙O2-，其中起主要作用的活性氧化物种为∙OH。