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溶胶凝胶法制备Zn掺杂TiO_2薄膜及其性能研究

李远勋  
【摘要】:本文采用溶胶凝胶提拉法在普通载玻片(75×25×1mm)上制备了Zn-TiO_2薄膜并采用降解亚甲基蓝溶液的方法对镀膜玻璃的光催化活性进行了评价,通过正交试验设计法对掺锌量、提拉速度、热处理温度、保温时间等因素进行了研究,讨论了各因素对薄膜光催化性能的影响,得出了最大影响因素和理论最佳因素水平组合,并对其进行了验证。采用XRD、SEM、DSC对薄膜的结构、形貌、相转变进行了分析。 结果表明:本实验中制得的溶胶经400℃热处理形成锐钛矿型TiO_2,当温度≤650℃时,只有锐钛矿相;当温度达到700℃后锐钛矿含量急剧下降,金红石成为主要相。在500℃保温1h的处理条件下,掺锌量低于1wt%时,在XRD衍射图中观察不到锌掺入引起的变化,而当掺入量≥1wt%就会产生钙钛矿型ZnTiO_3相(Ecandrewsite)。掺锌量为1wt%、2wt%、3wt%时,TiO_2相变温度分别为532.5℃、636.3℃、651.7℃,与纯TiO_2相比,锌的掺入降低了的相转变温度,促进了金红石的形成,且掺杂浓度越小这种促进效应越显著。 掺锌后TiO_2薄膜对亚甲基蓝溶液的降解率提高了,降解80%的溶液纯TiO_2样品需要23min,而9#样品只需要18min。正交试验分析得出理论最佳降解组合为A_1B_3C_2D_1,同时得出掺锌量、提拉速度、热处理温度、保温时间四个影响因素对降解率影响的主次顺序为D>B>C>A,即保温时间影响最大,随保温时间的增加,薄膜的降解率下降。经验证,A_1B_3C_2D_1镀膜玻璃的降解率与纯TiO_2玻璃相比确实有明显提高,最高时提高了17.6%。


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