以碳、氮摻雜法改質光觸媒及其催化活性研究

李聖文

指導教授 ： 王奕凱

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2006.00057

摘要

本研究是藉由在光觸媒中摻雜碳、氮雜質製備出具可見光催化活性之光觸媒。可見光光催化的觸媒開發方式可分為下列幾種方式：第一種方法為將市售光觸媒粉體(UV100、P25、ST01)置於高溫氨氣中鍛燒進行氮摻雜改質，藉此讓O 2p軌域和N 2p軌域重疊縮短能隙，使其能吸收較低能量的光波達到可見光催化活性的特性，而觸媒材料經過鑑定分析發現，改質後的光觸媒材料可見光吸收效率確實大幅提升，XPS定量分析和圖譜也分別顯示出N元素之存在。第二種方式為將環己醇於溶膠凝膠法之溶膠程序添加進二氧化鈦中，而第三種製備法則是將溶膠凝膠法製備之二氧化鈦分別置於氬氣和氨氣環境下鍛燒。上述第二、第三種製備法除了讓二氧化鈦結構中存在C、N元素，造成結構缺陷使得能隙縮小促進可見光吸收外，碳雜質的增加也造成光觸媒的光敏化現象，提升了光吸收效率。在觸媒材料鑑定方面，Uv-vis分析顯示出含有碳、氮雜質之觸媒，其可見光吸收效率大幅提升，而經FTIR和XPS鑑定分析發現，觸媒結構中確實存在碳、氮雜質，其可能以N=O、C=C、C-O等鍵結方式存在。
在活性測試方面，本研究所製備之觸媒以紅光、藍光、綠光三種LED光源及UV光進行光催化降解氮氧化物(NOx)，證實皆具有可見光催化活性。除氮摻雜改質之市售粉體可利用之光源波段未達紅光範圍(580nm~680nm)，其餘觸媒於紅光區皆具有活性，尤其是200C- 100%-CC6-TiO2有最佳的可見光催化能力，其氮氧化物去除率在紅光、綠光和藍光範圍分別高達38%、52%、53%。

關鍵字

光觸媒 ； 光催化反應 ； 二氧化鈦 ； 氮摻雜 ； 碳摻雜

參考文獻

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