钐系氧化物薄膜的制备及性能研究

摘要

Sm2O3是一种典型的稀土镧系金属氧化物，因为其特殊的外层电子结构，其性能非常优异。大多数稀土元素具有空轨道 5d，因此稀土元素的化学活性很强，外层的空电子轨道可以转移电子从而提高材料的光催化性能。稀土元素在光学、电学、磁学有很多的应用，可以制备光催化剂、荧光粉、发光器件等。现在研究的光催化剂主要是粉体，现如今环境问题越来越严重，粉体光催化剂容易在水中发生团聚降低光的透过而且难分离和回收等缺点，这些缺点使粉体光催化剂的应用受到了一定的限制，采用适当的方法制备的薄膜光催化剂使这些问题得到解决。本论文主要是采用溶胶-凝胶法制备钐系氧化物薄膜研究制备工艺对薄膜光催化剂物相、形貌和性能的影响，采用X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电镜和光化学反应仪等仪器来对薄膜进行测试。 （1）采用乙二醇甲醚（CH3OCH2CH2OH）、醋酸酐（CH3OCOCOCH3）和硝酸钐（Sm(NO3)3?6H2O）为原料，制备出了Sm2O3薄膜，研究了不同镀膜前驱液浓度、干燥温度、晶化温度和保温时间对 Sm2O3薄膜的物相和性能的影响。研究发现，当镀膜前驱液浓度为0.8 mol/L，干燥温度为200℃，晶化温度600 ℃，保温时间为8 h制备的薄膜的性能最好。此工艺制备的薄膜无杂相，表面比较致密，对罗丹明B的降解率可以达到75%。 （2）采用乙二醇甲醚、醋酸酐、硝酸钐和硝酸银（AgNO3）为原料，制备出了Ag/Sm2O3薄膜，研究了不同银掺杂量、晶化温度和保温时间进行分析，研究表明，当银掺杂量为3%，晶化温度为600 ℃，保温时间为8 h时制备的薄膜最好，Ag/Sm2O3薄膜的光催化性能可以达到 96.8%。相比于Sm2O3薄膜，Ag/Sm2O3薄膜的性能提高了21.8%。 （3）采用乙二醇甲醚、醋酸酐、硝酸钐和硝酸锌（Zn(NO3)2）为原料，制备出了ZnO/Sm2O3薄膜。当Zn的掺杂量为3%、温度为600 ℃，时间为8 h，薄膜对RhB的降解率高可以达到99.5%，比纯相的Sm2O3薄膜提高了24.5%，而且ZnO/Sm2O3薄膜的光电流响应强度大约是Sm2O3薄膜的1.5倍，ZnO/Sm2O3薄膜有更高的电子迁移和分离效率。

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