奈米鋅磁氧鐵礦之合成及光譜精細結構分析之研究

Synthesis and Characterization of Zn-Ferrite Nanoparticle Fine Structures by Spectroscopic Techniques

林錕松(Kuen-Song Lin) ； 郭啟亮(Chi-Liang Kuo) ； 郭依帆(I-Fan Kuo) ； 羅兆鈞(Chao-Chun Lo)

《界面科學會誌》 27卷2期 (2005/06) Pp. 77-86

https://doi.org/10.30020/JCCIS.200506.0001

摘要

利用奈米級鋅磁氧鐵礦（nanophase zinc ferrite, ZnFe2O4）以氫氣（H2）還原後之特殊催化效果，可以分解溫室氣體CO2，形成C與O2，達成CO2減量之目的。因此本研究利用水熱法（hydrothermal method）來合成奈米級鋅磁氧鐵礦，並且藉由改變不同的反應操作條件，來做鋅磁氧鐵礦之特性分析，以找出奈米級鋅磁氧鐵礦的較佳反應合成操作條件。實驗結果可知最佳反應pH值維持於8.5，而攪拌速率為1250rpm，所合成之ZnFe2O4之結構經由XRPD、TEM、FE-SEM確認為奈米級且均勻度佳之尖晶石相（spinel structure）。奈米ZnFe2O4觸媒再以XANES及EXAFS分析Fe氧化價數及Zn精細結構，Fe氧化價數為近似3，Zn中心原子第一層結構Zn-O的鍵距約為1.99Å，配位數為4。未來可將奈米鋅磁氧鐵礦應用在處理火力發電廠或煉鋼廠廢氣中的CO2，並經通氫氣與沉積在ferrite表面之高活性積碳反應，循環生成甲烷燃料，深具資源回收及解決國際能源短缺問題之潛力。

關鍵字

奈米鋅磁氧鐵礦 ； 二氧化碳 ； 水熱合成法 ； 光譜分析 ； 同步輻射

並列摘要

Carbon dioxide is the main greenhouse gas and plays a role in the greenhouse effect. Therefore, the decomposition of CO2 over Zn-ferrite nanoparticles and the oxidation states or fine structures of Fe species in nanophase Zn-ferrite catalysts by XRD, FE-SEM, TEM, XANES and EXAFS spectroscopies were investigated. Nanophase zinc ferrites were well synthesized at pH = 8.5 and 1250 rpm. The preedge XANES spectra of Fe in nanophase Zn-ferrites indicated that the valency of as-synthesized ferrites was approximately 3. The EXAFS data also showed that the nanophase Zn-ferrites have a Zn-O bond distance of 1.99 Å and a coordination number of 4, respectively. Recovery of valuable methane by decomposition of CO2 over nanophase zinc ferrite with recycling heat energy of offgas produced from power generation plant or steel industry is also an appealing resource recovery alternative in the future.

並列關鍵字

nanophase zinc ferrite ； carbon dioxide ； hydrothermal method ； spectroscopic analysis ； synchrotron radiation