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

Abstract

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。