新穎奈米材料開發

  

高光催化活性 TiO 2 奈米材料

TiO2是目前常用的光觸媒材料，許多研究已指出在TiO2晶格中添加過渡金屬不純物可降低光觸媒能隙及電荷再結合速率，使光觸媒在可見光下提高光催化效率，另外，在光催化系統中添加界面活性劑，也證明可幫助有機污染物吸附於TiO2表面，增加系統活性。溶膠-凝膠法是目前常用於製備TiO2奈米材料的，然而此方法形成TiO2速度快，不易掌控型態，且初步形成的TiO2為非晶形，須經加熱鍛燒使其結晶，然而加熱過程往往會使顆粒間融合，失去奈米顆粒的特性與優勢。非水解性溶膠-凝膠法為近十年來開發的新奈米製備技術，適用於製備表面疏水性的TiO2及ZrO2奈米晶粒，然而對製備ZrxTi1-xO2固態溶液的化學特性並不清楚。我們利用非水解性溶膠-凝膠法成功製備TOPO披覆的Zr參雜 TiO2光觸媒，並利用材料分析結果探討非水解性溶膠-凝膠對於異質元素間的縮合化學。研究結果顯示在任何Zr與Ti前驅物比例下，奈米晶粒中ZrO2的含量總遠小於TiO2 ( 如下圖)，且Zr元素主要累積在TiO2 anatase晶粒的表面，由熱分析結果中得知，此原因主要為Ti前驅物縮合反應的速率大於Zr前驅物，也引伸出未來以非水解性溶膠-凝膠法製備複合金屬氧化物時，縮合反應快的前驅物物種主導產物的主成分及結構。對於Rhodamin B染劑的光催分解中得知，以非水解性溶膠 - 凝膠法製備的TOPO披覆TiO2奈米晶粒其光催化活性為商用光觸媒Degussa P25 的 2 倍 ，此原因與表面疏水性有關，由於TOPO以共價鍵與配位鍵的方式吸附在TiO2表面，因而能幫助 Rhodamin B吸附於TiO2表面進行光催化降解。非水性溶膠凝膠反應的溫度與前驅物的混合比例控制產物的光催化效率，當Zr doped TiO2晶粒在 400 ° C 下合成，且表面 Zr/Ti 元素比例為 0.03 時，由於適量的表面缺陷，因此光觸媒表現最高的光催化活性。

不同配比之 Zr x Ti 1-x O 2 的 HRTEM 影像圖

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