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先進鈦氧化物光觸媒微結構與催化特性研究---利用離子液體製備表面修飾二氧化鈦與光催化特性研究(I)
(2009)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
先進鈦氧化物光觸媒微結構與催化特性研究---利用離子液體製備表面修飾二氧化鈦與光催化特性研究(II)
(2010)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
先進鈦氧化物光觸媒微結構與催化特性研究-利用離子液體製備表面修飾二氧化鈦與光催化特性研究( III )
(2011)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
可見光敏感TiO2超薄光觸媒薄膜於多孔基材表面製備與光催化特性探討
(2007)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
光觸媒由於具有利用自然光源處理污染物的能力，因此在綠色化學中扮演重要角色，目前對於高活性光觸媒的研發重點有二，一為提升光催化的反應速率，二為降低光觸媒能隙以提高可見光激發下觸媒的催化活性。許多研究已致力利用奈米技術將觸媒微小化或製備多孔性結構來提高反應比表面積，為避免應用上回收不易的困擾，也已提出將奈米粉體分散於多孔基材中，另外，於結構中導入不純物產生缺陷已證實能降低電子 -電洞再結合速率，提高光催化活性，並延伸激發光於可見光範圍，然而，這些方式往往有觸媒附著量的限制及不易控制觸媒微結構如結晶特性、多孔壁厚及缺陷位置的缺點，因此，本研究將提出新的結合模版溶膠-凝膠法及表面溶膠-凝膠法製備可見光敏感骨-膚多孔光觸媒的技術，以同時達到提升光觸媒比表面積、增加有效電荷利用率、降低能隙並穩固光觸媒於基材的附著性的多重目的。此法是先利用模板溶膠-凝膠法製備多孔材料為骨架，再以表面溶膠-凝膠法在骨架表面鍍上超薄光觸媒薄膜形成大比表面積的骨-膚結構的光觸媒材料，由於表面溶膠-凝膠法能於精準地調控超薄光觸媒的厚度，並能製備固態溶液，因此本研究能於量子尺度下調控光觸媒鍍膜的厚度、材料組成與缺陷位置來改變光觸媒的物化特性以達最大光催化活性。本研究以光透性強的SiO2 為骨架，TiO2 為光觸媒及過渡金屬離子(V5+、W6+或Fe3+)為不純物進行骨-膚多孔複合可見光觸媒的製備與鑑定，研究內容將分三年完成，第一年為製備與鑑定SiO2/TiO2 骨-膚多孔光觸媒，探討膜厚、晶體結構與氧空缺對光催化活性的影響，第二年為製備與鑑定可見光敏感doped TiO2 骨-膚多孔複合光觸媒，比較三種過渡金屬離子(V5+、W6+及Fe3+) 對TiO2 能隙與光催化活性的影響，並釐清晶格與表面缺陷在光催化反應機制中扮演的角色，第三年則以環境荷爾蒙bisphenol A 為標的物，進行光催化降解動力分析與反應機制探討，建立骨-膚多孔複合光觸媒於環境應用的基礎。本研究結果除拓展製備高催化活性光觸媒的奈米技術外，更延伸光觸媒於量子尺度下物化特性的知識背景，使環境應用與奈米科技接軌。
多孔性TiO2對CO2光催化還原特性探討研究
(2009)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
光催化還原CO2 是現今非常受重視的溫室效應氣體處理技術，藉由光觸媒的電子在能帶間的躍遷與表面轉移，可將光能轉換為化學能，使CO2 還原為高化學能的有機化合物，提供清靜能源技術的燃料來源，然而CO2 光還原的產物包括CO、HCOOH、 HCHO、CH4 及CH3OH，其中僅CH3OH 與CH4 為熱值較高的燃料，因此提升光催化還原CO2 的效率與產物選擇性是眾所努力的目標。許多研究指出TiO2 光觸媒能有效地以 H2O 為電子供給者，將CO2 光催化還原成CH3OH 與CH4，而觸媒的比表面積與微結構決定光觸媒催化活性與產物選擇性，因此本研究創新地將結合模版溶膠-凝膠法與表面溶膠-凝膠法製備高活性與高產物選擇性的表面金屬摻雜TiO2 光觸媒。首先以共聚合物在溶膠溶液中形成的微胞為模版，經凝膠過程形成TiO2 後以鍛燒方式移除模版即可得到高比表面積的中孔洞TiO2，爾後再以表面溶膠-凝膠法，將不同金屬離子(Si4+、Cu2+、 Fe3+與V5+)摻雜在TiO2 表面數個分子層的位置即形成中孔洞表面摻雜TiO2。此方法製備出的中孔洞結構能提供大比表面積，同時骨架內的晶粒大小為能表現最大光催化活性的尺寸(10-14 nm)，而表面摻雜物能降低電荷再結合機會，因此能大幅提昇CO2 光催化還原效率，另外，表面摻雜物造成的氧缺陷能使H2O 更有效率地產生H 自由基而提高 CH3OH 產率。研究中將比較不同金屬摻雜物對TiO2 對光催化動力影響，同時最佳化光催化還原系統的操作條件，最後分析中間產物與光觸媒反應前後表面微結構與化學組成變化，配合比較不同催化條件下CO2 還原速率與產物物種分佈，提出CO2 光催化還原機制，並釐清不同摻雜物、反應物物種與物種間比例對CO2 光催化反應動力與選擇性的影響。預期本研究將能針對光催化還原CO2 提出高活性與高選擇性的光觸媒化學組成與微結構組合，瞭解材料特性控制CO2 光催化還原反應的機制，並建立永續環保的再生能源系統。
多孔性TiO2對CO2光催化還原特性探討研究
(2008)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
光催化還原CO2 是現今非常受重視的溫室效應氣體處理技術，藉由光觸媒的電子在能帶間的躍遷與表面轉移，可將光能轉換為化學能，使CO2 還原為高化學能的有機化合物，提供清靜能源技術的燃料來源，然而CO2 光還原的產物包括CO、HCOOH、 HCHO、CH4 及CH3OH，其中僅CH3OH 與CH4 為熱值較高的燃料，因此提升光催化還原CO2 的效率與產物選擇性是眾所努力的目標。許多研究指出TiO2 光觸媒能有效地以 H2O 為電子供給者，將CO2 光催化還原成CH3OH 與CH4，而觸媒的比表面積與微結構決定光觸媒催化活性與產物選擇性，因此本研究創新地將結合模版溶膠-凝膠法與表面溶膠-凝膠法製備高活性與高產物選擇性的表面金屬摻雜TiO2 光觸媒。首先以共聚合物在溶膠溶液中形成的微胞為模版，經凝膠過程形成TiO2 後以鍛燒方式移除模版即可得到高比表面積的中孔洞TiO2，爾後再以表面溶膠-凝膠法，將不同金屬離子(Si4+、Cu2+、 Fe3+與V5+)摻雜在TiO2 表面數個分子層的位置即形成中孔洞表面摻雜TiO2。此方法製備出的中孔洞結構能提供大比表面積，同時骨架內的晶粒大小為能表現最大光催化活性的尺寸(10-14 nm)，而表面摻雜物能降低電荷再結合機會，因此能大幅提昇CO2 光催化還原效率，另外，表面摻雜物造成的氧缺陷能使H2O 更有效率地產生H 自由基而提高 CH3OH 產率。研究中將比較不同金屬摻雜物對TiO2 對光催化動力影響，同時最佳化光催化還原系統的操作條件，最後分析中間產物與光觸媒反應前後表面微結構與化學組成變化，配合比較不同催化條件下CO2 還原速率與產物物種分佈，提出CO2 光催化還原機制，並釐清不同摻雜物、反應物物種與物種間比例對CO2 光催化反應動力與選擇性的影響。預期本研究將能針對光催化還原CO2 提出高活性與高選擇性的光觸媒化學組成與微結構組合，瞭解材料特性控制CO2 光催化還原反應的機制，並建立永續環保的再生能源系統。
環境荷爾蒙拓印光子晶體感測原件開發研究
(2012)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
本研究結合分子拓印材料與光子晶體發展微型化光學型環境荷爾蒙感測原件，以克服傳統儀器分析限制，達到高靈敏、快速、簡易操作、可即時現地分析的優勢。研究中以無機ZrO2 為拓印基材，利用功能性單體以π-π作用力與氫鍵方式，將標的分子模板於溶膠-凝膠反應中拓印於ZrO2 結構，待移除分子模板後，ZrO2 中的拓印孔穴能以分子型態、尺寸與立體化學結構辨認標的分子，表現高度選擇性吸附能力，作為感測原件的分子接受體可大幅降低環境樣品的基質干擾，提高感測靈敏度。結合拓印高分子於光子晶體，可將分子濃縮事件以繞射光波長位移的方式轉譯成可讀訊號，本研究以膠體晶體為模板，將拓印ZrO2 製備成反蛋白石光子晶體結構，根據布拉格繞射定理，利用標的物與ZrO2 結合後晶體平均折射係數降低所造成的波長藍移程度作為感測標的物濃度的依據。為提高有效吸附位址並克服分子於剛性ZrO2 結構傳輸的限制，研究中導入有機高分子為中孔洞模板，製備層級式孔洞結構，並調控光子晶體晶格常數，以提高波長位移變化量與讓繞射波長落於可見光區，達到目測可讀的能力。相對於有機拓印材料，無機高分子具高度化學與機械穩定性，可提供較高拓印程度，並對有機待測分子具較低非特定性吸附的優勢，本研究最後將更進一步縮小量測點尺寸至1-2 釐米，並將不同分析物的感測點負載於單一載玻片上製備感測晶片，完成同步多樣品分析的先進感測系統。
環境荷爾蒙拓印光子晶體感測原件開發研究
(2013)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
本研究結合分子拓印材料與光子晶體發展微型化光學型環境荷爾蒙感測原件，以克服傳統儀器分析限制，達到高靈敏、快速、簡易操作、可即時現地分析的優勢。研究中以無機ZrO2 為拓印基材，利用功能性單體以π-π作用力與氫鍵方式，將標的分子模板於溶膠-凝膠反應中拓印於ZrO2 結構，待移除分子模板後，ZrO2 中的拓印孔穴能以分子型態、尺寸與立體化學結構辨認標的分子，表現高度選擇性吸附能力，作為感測原件的分子接受體可大幅降低環境樣品的基質干擾，提高感測靈敏度。結合拓印高分子於光子晶體，可將分子濃縮事件以繞射光波長位移的方式轉譯成可讀訊號，本研究以膠體晶體為模板，將拓印ZrO2 製備成反蛋白石光子晶體結構，根據布拉格繞射定理，利用標的物與ZrO2 結合後晶體平均折射係數降低所造成的波長藍移程度作為感測標的物濃度的依據。為提高有效吸附位址並克服分子於剛性ZrO2 結構傳輸的限制，研究中導入有機高分子為中孔洞模板，製備層級式孔洞結構，並調控光子晶體晶格常數，以提高波長位移變化量與讓繞射波長落於可見光區，達到目測可讀的能力。相對於有機拓印材料，無機高分子具高度化學與機械穩定性，可提供較高拓印程度，並對有機待測分子具較低非特定性吸附的優勢，本研究最後將更進一步縮小量測點尺寸至1-2 釐米，並將不同分析物的感測點負載於單一載玻片上製備感測晶片，完成同步多樣品分析的先進感測系統。
環境荷爾蒙拓印光子晶體感測原件開發研究
(2014)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
本研究結合分子拓印材料與光子晶體發展微型化光學型環境荷爾蒙感測原件，以克服傳統儀器分析限制，達到高靈敏、快速、簡易操作、可即時現地分析的優勢。研究中以無機ZrO2 為拓印基材，利用功能性單體以π-π作用力與氫鍵方式，將標的分子模板於溶膠-凝膠反應中拓印於ZrO2 結構，待移除分子模板後，ZrO2 中的拓印孔穴能以分子型態、尺寸與立體化學結構辨認標的分子，表現高度選擇性吸附能力，作為感測原件的分子接受體可大幅降低環境樣品的基質干擾，提高感測靈敏度。結合拓印高分子於光子晶體，可將分子濃縮事件以繞射光波長位移的方式轉譯成可讀訊號，本研究以膠體晶體為模板，將拓印ZrO2 製備成反蛋白石光子晶體結構，根據布拉格繞射定理，利用標的物與ZrO2 結合後晶體平均折射係數降低所造成的波長藍移程度作為感測標的物濃度的依據。為提高有效吸附位址並克服分子於剛性ZrO2 結構傳輸的限制，研究中導入有機高分子為中孔洞模板，製備層級式孔洞結構，並調控光子晶體晶格常數，以提高波長位移變化量與讓繞射波長落於可見光區，達到目測可讀的能力。相對於有機拓印材料，無機高分子具高度化學與機械穩定性，可提供較高拓印程度，並對有機待測分子具較低非特定性吸附的優勢，本研究最後將更進一步縮小量測點尺寸至1-2 釐米，並將不同分析物的感測點負載於單一載玻片上製備感測晶片，完成同步多樣品分析的先進感測系統。
表面修飾TiO2 光觸媒對不同親疏水性環境賀爾蒙催化特性研究
(2006)
張淑閔
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Sue-min Chang
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交通大學環境工程研究所
近一年來，我們應用模擬退火演算法結合美國地質調查局的三維地下水傳輸模式 MODFLOW-GWT，發展一個污染源鑑定的方法，做為污染源鑑定的工具，可針對在監測井所測檢得的污染濃度分佈，推估污染源的位置與污染物釋放的濃度和時間。本研究計畫基於最近所發展污染源鑑定模式的經驗，擬分二年，分別研究下列兩個主題：地下水抽水源鑑求與污染源歷程重建。國內某個科學工業園區內的污染整治場址，由於附近有廠家在偷抽地下水，致擾動地下水系造成判定污染源與整治上的困擾。於第一年計畫（目前正在執行），我們結合模擬退火演算法與美國地質調查局所研發之三維地下水流模擬模式MODFLOW2000，建立一個抽水源鑑定的方法，將來可針對所觀測得的地下水水位紀錄，推估地下水抽水源的位置及其抽水量。上述科學園區近一、兩年，有不少廠家外移或經營者換手，若在某廠家下游發現有污染團時，誰是該污染團的污染物釋放者，相關的判識工作，是個實際而值得探究的題材。針對此問題，接續的第二年的研究（今年提的計畫），擬發展一個回溯污染物釋放歷程的方法，該方法將包括污染物傳輸的解析解、假設的釋放函數、及模擬退火演算法，將來針對監測井所檢測得的污染物濃度，推求該污染源釋放污染物濃度對時間的歷程，有助於釐清誰該對污染行為負責任。
高效能多孔NH3/NH4+吸附材的研發
(2015)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所
高效能多孔NH3/NH4+吸附材的研發
(2016)
張淑閔
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Sue-min Chang
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國立交通大學環境工程研究所