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製備金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維與其光觸媒活性探討

為了解決日立空氣清淨機的問題，作者黃瑋康 這樣論述：

目錄指導教授推薦書口試委員會審定書致謝 iii摘要 ivAbstract v目錄 vi圖目錄 x表目錄 xv第一章 諸論 11.1 研究背景 11.2 研究動機與目的 3第二章 文獻回顧 42.1 光觸媒介紹 42.2 光催化反應機制介紹 62.2.1 光催化裂解染料的原理 82.2.2 光催化分解水產氫的原理 92.3 氫化二氧化鈦材料介紹 102.4 光觸媒材料的相關應用 16第三章 實驗設備與方法 183.1 藥品與儀器

183.2 金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維製備 203.2.1 水熱法製備鈉鈦酸鹽奈米纖維 203.2.2 氫化二氧化鈦奈米纖維製備 213.2.3 金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維製備 213.3 晶體結構分析 223.3.1 X射線繞射(X-ray diffraction, XRD)分析 223.3.2 同步加速器光源X射線繞射分析 223.4 拉曼光譜分析化學鍵結 233.5 微結構分析與鑑定 243.5.1 掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM) 243.5.

2 高解析度穿透式電子顯微鏡(High-Resolution Transmission electron microscope, HRTEM)分析 243.6 光學特性量測 253.7 光觸媒活性探討 273.7.1 光觸媒裂解染料活性分析 273.7.2 光觸媒裂解染料數據處理 283.7.3 光催化產氫量測與分析 30第四章 結果與討論 324.1 氫化二氧化鈦奈米纖維材料的研究與觸媒活性探討 324.1.1 氫化二氧化鈦奈米纖維外觀 324.1.2 氫化二氧化鈦奈米纖維的拉曼光譜分析 334.1.3 氫化

二氧化鈦奈米纖維之晶體結構分析 354.1.4 氫化二氧化鈦奈米纖維的吸收 384.1.5 氫化二氧化鈦奈米纖維的光催化裂解染料測試 404.1.6 氫化二氧化鈦奈米纖維的微結構分析 434.2 金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維材料的研究與觸媒活 性探討 484.2.1 金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維的拉曼光譜分析 484.2.2 金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維的晶體結構分析 504.2.3 金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維的Kubelka-Munk光譜分析 524.2.4 金屬修飾H:TiO2-650 NFs的光催化降解染料測試 534.2

.5 金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維的光催化產氫測試 554.2.6 金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維的微結構分析 58第五章 結論 60參考文獻 61圖目錄圖 一、由TiO6八面體所構成的(a)銳鈦礦(Anatase)；(b)金紅石(Rutile)；(c)板鈦礦(brookite)。 ...................................................................... 2圖 二、本多·藤嶋效應實驗示意圖。................................................... 4圖

三、常見半導體之能隙結構圖。 .................................................... 6圖 四、二氧化鈦激發產生之電子-電洞對可能移動路徑：(A)在光觸媒內部再結合；(B)在光觸媒表面時再結合；(C&;D)電子與電洞有效分離並移動至光觸媒表面，電子與反應物產生還原反應；電洞移到表面與反應物產生氧化反應。 ................................................... 7圖 五、光催化反應類型。.........................................................

........... 8圖 六、鉍摻雜二氧化鈦光觸媒裂解羅丹明 B(Rhodamine B)染料示意圖。.................................................................................................. 8圖 七、光觸媒催化分解水反應示意圖。........................................... 10圖 八、未氫化白色二氧化鈦與氫化黑色二氧化鈦比較(a)兩種二氧化鈦之外貌差異；(b)XRD 晶體結構分析圖譜；(c)材料之光吸收頻譜；(d)能隙示意圖。 ......

.............................................................. 11圖 九、(A)&;(B)為樣品外貌與氫氣吸收情況；(C)&;(D)分別為經由(101)、(001)面氫摻入計算出能量分佈圖。............................................. 12圖 十、(A)不同氫化時間之樣品外貌；(B)各種氫化時間其紫外/可見-xi-光吸收光譜圖。...........................................................................13圖 十

一、金紅石相二氧化鈦奈米線經不同溫度煆燒下的外貌。.... 14圖 十二、氫電漿處理與未處理二氧化鈦其吸收光譜比較。 ........... 15圖 十三、奈米光觸媒的抗菌、防霉效果。....................................... 16圖 十四、奈米光觸媒石磚自清潔效果。........................................... 17圖 十五、市售光觸媒空氣清淨機結構應用。................................... 17圖 十六、自製光觸媒催化裂解染料實驗裝置示意圖。 ...................

28圖 十七、煌綠染料(a)不同濃度的吸收光譜圖；(b)以不同濃度的吸收特徵峰強度做檢量線圖。............................................................. 29圖 十八、自製產氫系統示意圖(a)為氮氣(99.999%)；(b)電子流量計；(c)產氫反應容器；(d)磁石攪拌器；(e)光源；(f)杜瓦瓶；(g)分子篩；(h)氫氣偵測器。 .................................................................... 30圖 十九、不同溫度煆燒之純二氧化鈦 Raman 圖譜。..

.................... 34圖 二十、不同溫度煆燒之氫化二氧化鈦 Raman 圖譜。.................. 34圖 二十一、純二氧化鈦於不同溫度煆燒下的 XRD 圖譜。............. 36圖 二十二、氫化二氧化鈦於不同溫度煆燒下的 XRD 圖譜。......... 37圖 二十三、(a)純二氧化鈦奈米纖維和(b)氫化二氧化鈦奈米纖維之漫反射圖譜。 .................................................................................... 39圖 二十四 (a)不同溫度煆燒之

純二氧化鈦奈米纖維的 Kubelka-Munk 圖譜；(b)為圖(a)中的虛線內放大圖譜。..................................... 40圖 二十五 、 (a) 不同溫度煆燒之氫化二氧化鈦奈米纖維的Kubelka-Munk 圖譜；(b)為圖(a)中的虛線內放大圖譜。............ 40圖 二十六、不同溫度煆燒之純二氧化鈦，在 UV-A 下裂解煌綠染料的(a)濃度與時間關係圖；(b)線性曲線與切線斜率圖。 ............. 41圖 二十七、不同溫度煆燒之氫化二氧化鈦，在 UV-A 下裂解煌綠染料的(a)濃度與時間關係圖；(b) 線性曲線與切線斜

率圖。........ 42圖 二十八、(a)純二氧化鈦奈米纖維；(b)氫化二氧化鈦奈米纖維，光觸媒材料在 UV-A 照射下之動力常數柱狀圖。 .......................... 43圖 二十九、此實驗所使用之 UV-A 燈管(型號 F8T5BL)，其光源光譜圖。................................................................................................ 43圖 三十、氫化二氧化鈦奈米纖維製備過程中的奈米纖維微結構影像(a)水熱法合成後再水洗至中性乾燥後的奈米纖維；(b)經由酸

洗再水洗至中性乾燥後的鈉鈦酸鹽纖維；(c)鈉鈦酸鹽纖維在 650oC 空氣下煆燒過後；(d)鈉鈦酸鹽纖維在 650oC 下煆燒氫化過後的表面型態。 ............................................................................................ 44圖 三十一、(a-1)TiO2-650 NFs TEM 影像；(a-2)單根 TiO2-650 NF；(a-3)為(a-2)高解析 TEM..............................................................

.......... 46圖 三十二、(a-1)H:TiO2-650 NFs TEM影像；(a-2)單根H:TiO2-650 NF；(a-3)為(a-2)高解析 TEM。 ............................................................ 46圖 三十三、高解析TEM影像(a-1) TiO2-650 NF；(b-1) H:TiO2-650 NF；(a-2) and (b-2) 顯示晶格的高倍率圖像；(a-3) and (b-3)為對應其樣品的傅立葉轉換圖案。..........................................

....................... 47圖 三十四、(a)、(b)不同金屬修飾 H:TiO2-650 NFs 之 Raman 光譜圖。........................................................................................................ 49圖 三十五、十種不同金屬修飾氫化二氧化鈦之 XRD 圖。............. 51圖 三十六、(a)不同金屬修飾 H:TiO2-650 NFs 之漫反射 UV-Vis 圖譜；(b)為圖(a)中的虛線內放大圖譜。 ...........

..................................... 52圖 三十七、不同金屬修飾 H:TiO2-650 NFs 在 UV-A 下裂解煌綠染料的(a)濃度與時間關係圖；(b)線性曲線與切線斜率圖。 ............. 54圖 三十八、金屬修飾 H:TiO2-650 NFs 在 UV-A 照射下其光催化裂解反應動力常數柱狀圖。................................................................. 55圖 三十九、各種金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維在 UV-B 照射下之最高產氫速率柱狀圖。...........

...................................................... 56圖 四十、各種金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維在 UV-A 照射下之最高產氫速率柱狀圖。..................................................................... 57圖 四十一、各種金屬修飾氫化二氧化鈦奈米纖維在可見光照射下之最高產氫速率柱狀圖。................................................................. 57圖 四 十 二 、 TEM 影 像 (-

1)H:TiO2-Ag; H:TiO2-Au; H:TiO2-Pd;H:TiO2-Pt 奈米纖維型態；(-2)金屬奈米粒子在纖維表面；(-3)高倍率晶格影像。......................................................................... 59表目錄表 一、本實驗所使用之藥品名稱與規格...........................................18表 二、本論文研究所用到之儀器與實驗光源...................................19表 三、氫化二氧化鈦與純二氧化鈦奈米纖維

外觀...........................32