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探討製備奈米TiO2極板及其光觸媒應用 1章日行 2洪志毅 3沈善鎰 1、 摘要奈米觸媒極於水環境應用，其由能激發產生具有強氧化能力之氫氧自由基，達到快速分解水中污染物之成效；，二氧化鈦因具有良好的化學穩定性、高氧化能力及無毒等特性，受到的使用。極表面之顆粒尺寸、排列狀況觸媒活性間的相互關係，仍驗證與探討。因此本研究製備不同粒徑之奈米二氧化鈦觸媒極，並透過各式貴重儀器了解極之基本特性；同時進行光催化甲基橙染料降解試驗，以探表面顆粒尺寸觸媒極基本性質與觸媒活性之。 本試驗所使用之奈米二氧化鈦粉末為市售Degussa, P-25約30 nm及Degussa, P-90約 nm)兩種，將奈米粉末與反應溶液混合，再利用拉升方式完成奈米二氧化鈦觸媒極板製備。由場發射掃描式電子顯微鏡FE-SEM)與能量散布光譜儀(EDS)觀察得知，利用P-25粉末所製備之極板其平均顆粒尺度約為30 nm，使用P-90粉末平均則約為 nm且表面成分主要以Ti和O元素組成，此外，奈米級二氧化鈦顆粒不僅有效覆於ITO基材上，且粒子排列整齊並為圓形顆粒，達到覆前後顆粒尺寸規格化之特色；X光繞射分析儀XRD)證實，設定鍛燒溫度於500oC；利用比表面積儀測定得知，由P-90粉末製備之極板比表面積為32 m2 g-1 P-25極板為21 m2 g-1，顯示因顆粒尺寸縮小造成比表面積有提升趨勢；經由光觸媒系統得知，由P-90粉末完成之極板對於染料廢水之色度去除效率最高可達96%，P-25極板處理時間。 一、前言觸媒材料ZrO2、ZnO、SnO2、Fe2O3、ZnS[1]，且在眾多的觸媒材料當中，二氧化鈦是被認為具有淨化環境潛力的材料[2]，其中，最常見且被廣泛應用於光催化劑的晶相為銳鈦礦及金紅石兩種晶相，因此常被廣泛研究探討。二氧化鈦晶相差異取決於製備過程中的煅燒溫度，而銳鈦礦晶相轉移為金紅石晶相時，兩相轉移溫度約為600oC[3-4]，因此，製備過程中控制鍛燒溫度有其必要性。二氧化鈦被廣泛的應用於光催化系統中，其主要利用二氧化鈦受到足夠光能照射光照射後產生電子-電洞對，再與污染物中的水反應後形成具有強氧化能力的氫氧自由基，再透過氫氧自由基分解有機污染物成為不具毒性的物質，以達到降解效果[5-9]。 二氧化鈦可用不同的方式進行光催化系統的應用，例如粉體、塊材、薄膜等形式。其中，薄膜形式較能提高光催化活性且其應用範圍更加廣泛[10]，可有效降解水和大氣中的有機污染物[11]。一般製備二氧化鈦的方法有[12]、 [13]、 [14]、 [15]等方法，方法皆能得到高品質之觸媒[16]。此外，由於二氧化鈦獨特的性能，在製備過程中可以各種材料作為基材，例如玻璃、石英、陶瓷磚、鈦板、導電玻璃等[17]，二氧化鈦極板的多樣化由此可見。 奈米觸媒極於水環境應用，其由能激發產生具有強氧化能力之氫氧自由基，達到快速分解水中污染物之成效；極表面之顆粒尺寸、排列狀況觸媒活性間的，仍驗證與探討。因此本研究製備不同粒徑之奈米二氧化鈦觸媒極，並透過各式貴重儀器了解極之基本特性；同時進行光催化甲基橙染料降解試驗，以探表面顆粒尺寸觸媒極基本性質與觸媒活性之。 二、實驗方法 2-1 材料與 本試驗過程係利用含浸法方式製備奈米觸媒極板，製備過程分別使用試驗粉末為市售Degussa P-25及P-90奈米粉末，分散劑則是選用琥珀酸(CH3CH2OH：95%)，極板反應溶液種類為硫酸(H2SO4：95%；供應商：MERCK)與過氧化氫(H2O2：30%；供應商：SIGMA-ALORICH)，酒精(95%)，極板基材則是選用氧化銦錫玻璃(Indium-Tin Oxide, ITO)。光觸媒試驗中，分析試驗之目標物為甲基橙(Methyl Orange；供應商：ACROS ORGANICS藥品配製皆以電阻值達 18.2 M? 之超純水配製Potassium bromide, KBr；分析級)於分析前需置於105oC烘乾一天，使水分去除後，將極板薄膜刮除與KBr充分研磨混合，其比例為1:300 (mg:mg)，並置入於基座(供應商：PIKE TECHNOLOGIES；尺寸：13 mm)中，再以千斤頂於外部施加7頓力，使其呈圓形結晶狀。 2-2觸媒極板製備程序 Deionized water (DI water)中，超音波震盪機清洗基材表面，完成後再將基材置於乙醇中清洗，最後再置於DI water中，震盪去除表面殘餘乙醇溶液，清洗完成後將基材烘乾20 g：80 g90oC[18]，完成後將經過前處理之基材放入此反應 圖1. 奈米二氧化鈦極板製備流程 溶液攪拌2小時，完成後再以氮氣將基材表面反應溶液再藉由5 cm min-1的拉升速率將基材垂直向上拉升，完成後於室溫中自然乾燥分鐘。