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鈷及氮改質TiO2提升光催化效能研究

為了解決carbon dioxide-free的問題，作者湯詠瑄 這樣論述：

傳統商用型P25-TiO2主要光催化反應需吸收光波短於400nm之紫外線，致其應用受限。本研究以溶膠凝膠法製備參雜鈷及氮元素之二氧化鈦光催化劑，使用電子自旋共振法及螢光探針法量測光催化反應生成活性物質氫氧自由基（•OH）情形，並評估不同實驗條件其生成量及降解光催化之效果。以田口直交表設計實驗因子及以變異係數分析複合鈷及氮元素至光觸媒二氧化鈦之最佳操作條件進行光催化實驗，再以此成果作為後續反應曲面法製備出具較優異可見光催化性能的鈷-氮共摻雜TiO2，並以･OH產量作為評斷基準，研究結果之統計分析研判因子最佳條件為：Co摻雜濃度比例（0.12wt%）、N摻雜濃度（0.78wt%）、鍛燒溫度（51

1.36℃）。而TiO2與共摻雜Co-N-TiO2在可見光時•OH生成量分別為9.42μM與17.70μM。證實Co金屬與N非金屬共摻雜可提升TiO2可見光光催化活性，更可提高降解偶氮染料剛果紅的效率；且不同有機污染物的降解速率為剛果紅（Congo Red, CR）>亞甲基藍（Methylene blue, MB）>（Acid Orange, AO7）>羅丹明B（Rhodamine B, RhB）。從光觸媒之光催化反應量化•OH生成反應，發現共摻雜光觸媒受光激發生時生成•OH主要是在價帶（Valence Band,VB）電洞位置之氧化作用產生，UV光時占總量65%，而可見光時則提升至70%。S

EM-EDS與XRD測量顯示TiO2晶體結構不受摻雜Co-N元素的影響，XPS分析證實共摻雜時Co確實取代部分Ti元素，N則取代晶格氧或代替摻雜Co而產生的氧空缺，以Co2+摻雜時促進N取代晶格的氧。UV-Vis光譜儀測定最高吸光波長為496nm，換算能間隙為2.5eV驗證能在較長的波長進行光催化反應。五個循環光催化降解實驗皆可達到約85%以上去色效率和40~50%的礦化能力，所製備之光觸媒具光化學穩定性。

Cu-ZnO/g-C3N4光催化生成氫氧自由基效率與降解環丙沙星之研究

為了解決carbon dioxide-free的問題，作者蔣慈惠 這樣論述：

環境中新興污染物如抗生素環丙沙星是近期各國面臨的水污染主要議題之一，為利用光催化降解環丙沙星，需開發具有高可見光催化活性的半導體光催化劑。本研究利用田口直交表設計合成氮化碳（g-C3N4）複合Cu-ZnO，以形成直接Z方案電荷傳輸之光觸媒催化劑，使用電子順磁共振法及螢光探針法量測光催化反應活性物質氫氧自由基及超氧自由基生成情況，並評估不同實驗條件之生成量及光催化降解之效果，結果顯示Cu摻雜比例（5 wt%）、Cu-ZnO/g-C3N4配比（Cu-ZnO 70 wt%）、還原溫度（300℃）及還原持溫時間（2小時）具有最高氫氧自由基生效率。透過XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis 光譜

儀及TGA分析，證實Cu-ZnO/g-C3N4成功複合，可產生直接Z方案電荷傳輸模式，係透過抑制電子電洞對重組及保留具新的氧化還原電位，並提升光觸媒在可見光對環丙沙星之降解率，其降解率可達90%，5次重複試驗後降解百分比仍高達80%。最後，探討氫氧自由基生成機制及環丙沙星可能的降解途徑，首先為哌嗪環之羥基化，再裂解開環，隨著脫羥及胺側鏈和甲醛基形成苯胺後，繼續分解喹諾酮上之環丙基，再開環裂解為小分子等程序。本研究合成的Cu-ZnO/g-C3N4光催化降解環丙沙星等同類抗生素諾氟沙星之廢水污染的效果類似，然對磺胺甲噁唑光降解效果則不佳。