本論文主要係研究以銀改質之陣列式二氧化鈦奈米管及其光催化性質。使用模板法製備陣列式二氧化鈦奈米管，係選擇陽極氧化鋁(anodic aluminium oxide, AAO)當作模板，利用電子槍蒸鍍法在石英基板上鍍製鋁膜，以陽極氧化處理步驟製造出高規則性陽極氧化鋁膜；其次，以原子層鍍膜法(atomic layer deposition, ALD)在AAO模板上鍍製二氧化鈦；再以機械拋光法將覆蓋在AAO頂部之阻障層移除；而後再將AAO模板以氫氧化鈉洗除，所得即為陣列式二氧化鈦奈米管；試樣經由500℃真空退火後浸泡在硝酸銀溶液中，以近紫外光照射將硝酸銀還原成銀奈米顆粒，所得即為以銀改質之陣列式二氧化鈦奈米管。
在材料分析方面，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)配合X光繞射分析儀(XRD)分析製程結構與成長均勻性，觀察到經由二次陽極處理之AAO的孔洞規則性較一次處理佳，利用不同的電壓以及電解液可得到不同的孔洞尺寸，並可藉由陽極處理步驟最後慢慢降電壓至5伏特來移除孔洞底部殘餘的氧化鋁阻障層。而隨著ALD的循環數增加，二氧化鈦的膜厚也增加。利用高解析穿透式電子顯微鏡 (HRTEM) 觀察到二氧化鈦的鍍膜速率接近理論值約0.7 Å/cycle，可能是由於些許化學氣相沉積 (Chemical vapor deposition, CVD) 在AAO孔洞內形成之緣故。使用紫外線/可見光分光光譜儀 (UV-vis spectrometer) 量測試片的吸收光譜，發現吸收光譜在350 nm 附近隨著二氧化鈦增厚而有紅位移的效應。在光降解實驗中，觀察到較長的二氧化鈦奈米管有較好的效率，且隨著厚度增加到20 nm 有最佳的降解效率；而添加銀的奈米顆粒可以有效降低電子電洞對的再結合速率，進而提升光觸媒效率。

摘要
Abstract
Chapter 1 Introduction
1.1. Nanostructure and Nanotechnology 1
1.2. TiO2 Nanotubes 2
1.2.1. Structures 4
1.2.2. Synthetic Method 6
A. Hydrothermal method 6
B. Oxidation method 8
C. Template method 11
1.2.3. Applications 15
1.3. Anodic Aluminum Oxide (AAO) 19
1.3.1. Growth Mechanism of AAO 22
1.3.2. Applications of AAO 32
1.4. Atomic Layer Deposition (ALD) 35
1.4.1. Basic Properties of ALD 35
1.4.2. Applications of ALD 37
1.5. Photocatalyst 40
1.5.1. Principle 40
1.5.2. Improvement Methods 42
A. Narrow the band gap of TiO2 42
B. Depress recombination 43
Chapter 2 Experimental Procedures 46
2.1. Fabrication of AAO Templates 46
2.2. Fabrication of TiO2 Nanotubes by ALD 49
2.3. Silver-Loaded TiO2 Nanotube Arrays 49
2.4. Analysis and Characterization 50
Chapter 3 Results and Discussion 54
3.1. Synthesis of AAO Templates 54
3.1.1. Surface Roughness Effect 54
3.1.2. Temperature Effect 57
3.1.3. Two-step Anodization 60
3.1.4. Pore Widening 64
3.1.5. Barrier Layer Thinning 64
3.1.6. Different Pore Sizes of AAO 65
3.2. TiO2 Nanotube Arrays 70
3.2.1. ALD of TiO2 on AAO Templates 70
3.2.2. TiO2 Nanotube Arrays 70
3.3. UV-vis Absorption Spectra 77
3.3.1. Cycle Number Effect 77
3.3.2. Annealing Effect 81
3.4. Photocatalytic Activity of TiO2 83
Chapter 4 Conclusions 90
Chapter 5 Suggested Future Work 92
References 93

(1) Xia, Y. N.; Yang, P. D.; Sun, Y. G.; Wu, Y. Y.; Mayers, B.; Gates, B.; Yin, Y. D.; Kim, F.; Yan, Y. Q. Adv. Mater. 2003, 15, 353.
(2) Akimov, A. V.; Mukherjee, A.; Yu, C. L.; Chang, D. E.; Zibrov, A. S.; Hemmer, P. R.; Park, H.; Lukin, M. D. Nature 2007, 450, 402.
(3) Turner, M.; Golovko, V. B.; Vaughan, O. P. H.; Abdulkin, P.; Berenguer-Murcia, A.; Tikhov, M. S.; Johnson, B. F. G.; Lambert, R. M. Nature 2008, 454, 981.
(4) Liu, C.; Wang, C. C.; Kei, C. C.; Hsueh, Y. C.; Perng, T. P. Small 2009, 5, 1535.
(5) Hutter, E.; Fendler, J. H. Adv. Mater. 2004, 16, 1685.
(6) Wilson, W. D. Science 2002, 295, 2103.
(7) Chen, J. Y.; Wiley, B. J.; Xia, Y. N. Langmuir 2007, 23, 4120.
(8) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37.
(9) Iijima, S. Nature 1991, 354, 56.
(10) Chen, X.; Mao, S. S. Chem. Rev. 2007, 107, 2891.
(11) Chen, X. B. Chinese J. Catal. 2009, 30, 839.
(12) Mor, G. K.; Shankar, K.; Paulose, M.; Varghese, O. K.; Grimes, C. A. Nano. Lett. 2006, 6, 215.
(13) Macak, J. M.; Zlamal, M.; Krysa, J.; Schmuki, P. Small 2007, 3, 300.
(14) Linsebigler, A. L.; Lu, G. Q.; Yates, J. T. Chem. Rev. 1995, 95, 735.
(15) Bavykin, D. V.; Friedrich, J. M.; Walsh, F. C. Adv. Mater. 2006, 18, 2807.
(16) Kasuga, T.; Hiramatsu, M.; Hoson, A.; Sekino, T.; Niihara, K. Langmuir 1998, 14, 3160.
(17) Kasuga, T.; Hiramatsu, M.; Hoson, A.; Sekino, T.; Niihara, K. Adv. Mater. 1999, 11, 1307.
(18) Kasuga, T. Thin Solid Films 2006, 496, 141.
(19) Du, G. H.; Chen, Q.; Che, R. C.; Yuan, Z. Y.; Peng, L. M. Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 3702.
(20) Gong, D.; Grimes, C. A.; Varghese, O. K.; Hu, W. C.; Singh, R. S.; Chen, Z.; Dickey, E. C. J. Mater. Res. 2001, 16, 3331.
(21) Mor, G. K.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Shankar, K.; Grimes, C. A. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 2006, 90, 2011.
(22) Shankar, K.; Mor, G. K.; Prakasam, H. E.; Yoriya, S.; Paulose, M.; Varghese, O. K.; Grimes, C. A. Nanotechnology 2007, 18.
(23) Mor, G. K.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Mukherjee, N.; Grimes, C. A. J. Mater. Res. 2003, 18, 2588.
(24) Liu, S. M.; Gan, L. M.; Liu, L. H.; Zhang, W. D.; Zeng, H. C. Chem. Mater. 2002, 14, 1391.
(25) Lee, S.; Jeon, C.; Park, Y. Chem. Mater. 2004, 16, 4292.
(26) Jung, J. H.; Shimizu, T.; Shinkai, S. J. Mater. Chem. 2005, 15, 3979.
(27) Bognitzki, M.; Hou, H. Q.; Ishaque, M.; Frese, T.; Hellwig, M.; Schwarte, C.; Schaper, A.; Wendorff, J. H.; Greiner, A. Adv. Mater. 2000, 12, 637.
(28) Wang, C. C.; Kei, C. C.; Yu, Y. W.; Perng, T. P. Nano. Lett. 2007, 7, 1566.
(29) Sander, M. S.; Cote, M. J.; Gu, W.; Kile, B. M.; Tripp, C. P. Adv. Mater. 2004, 16, 2052.
(30) Gratzel, M. Nature 2001, 414, 338.
(31) Oregan, B.; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737.
(32) Kang, T. S.; Smith, A. P.; Taylor, B. E.; Durstock, M. F. Nano. Lett. 2009, 9, 601.
(33) Feng, X. J.; Shankar, K.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Latempa, T. J.; Grimes, C. A. Nano. Lett. 2008, 8, 3781.
(34) Chen, C. C.; Jehng, W. D.; Li, L. L.; Diau, E. W. G. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, C304.
(35) Varghese, O. K.; Paulose, M.; LaTempa, T. J.; Grimes, C. A. Nano. Lett. 2009, 9, 731.
(36) Gu, G. H.; Suh, J. S. Langmuir 2008, 24, 8934.
(37) Sauer, G.; Brehm, G.; Schneider, S.; Nielsch, K.; Wehrspohn, R. B.; Choi, J.; Hofmeister, H.; Gosele, U. J. Appl. Phys. 2002, 91, 3243.
(38) Sander, M. S.; Prieto, A. L.; Gronsky, R.; Sands, T.; Stacy, A. M. Adv. Mater. 2002, 14, 665.
(39) Qu, L. T.; Shi, G. Q.; Wu, X. F.; Fan, B. Adv. Mater. 2004, 16, 1200.
(40) Nielsch, K.; Muller, F.; Li, A. P.; Gosele, U. Adv. Mater. 2000, 12, 582.
(41) Osulliva.Jp; Wood, G. C. Proc. R. Soc. Lon. Ser.-A 1970, 317, 511.
(42) Sui, Y. C.; Cui, B. Z.; Martinez, L.; Perez, R.; Sellmyer, D. J. Thin Solid Films 2002, 406, 64.
(43) Li, A. P.; Muller, F.; Birner, A.; Nielsch, K.; Gosele, U. J. Appl. Phys. 1998, 84, 6023.
(44) Foong, T. R. B.; Shen, Y. D.; Hu, X.; Sellinger, A. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1390.
(45) Tan, L. K.; Kumar, M. K.; An, W. W.; Gao, H. Acs. Appl. Mater. Inter. 2010, 2, 498.
(46) Kemell, M.; Pore, V.; Tupala, J.; Ritala, M.; Leskela, M. Chem. Mater. 2007, 19, 1816.
(47) Thompson, G. E. Thin Solid Films 1997, 297, 192.
(48) Jessensky, O.; Muller, F.; Gosele, U. Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 1173.
(49) Li, F. Y.; Zhang, L.; Metzger, R. M. Chem. Mater. 1998, 10, 2470.
(50) Shingubara, S.; Okino, O.; Sayama, Y.; Sakaue, H.; Takahagi, T. Jpn. J. Appl. Phys. 1 1997, 36, 7791.
(51) Thamida, S. K.; Chang, H. C. Chaos 2002, 12, 240.
(52) Jung, Y. W.; Byun, J. S.; Woo, D. H.; Kim, Y. D. Thin Solid Films 2009, 517, 3726.
(53) Mizeikis, V.; Mikulskas, I.; Tomasiunas, R.; Juodkazis, S.; Matsuo, S.; Misawa, H. Jpn. J. Appl. Phys. 1 2004, 43, 3643.
(54) Li, R.; Banerjee, A.; Grebel, H. Opt. Express 2009, 17, 1622.
(55) Chutinan, A.; Okano, M.; Noda, S. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 1698.
(56) Kawashima, T.; Miura, K.; Sato, T.; Kawakami, S. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 2613.
(57) Masuda, H.; Fukuda, K. Science 1995, 268, 1466.
(58) Masuda, H.; Yamada, H.; Satoh, M.; Asoh, H.; Nakao, M.; Tamamura, T. Appl. Phys. Lett. 1997, 71, 2770.
(59) Suntola, T.; Hyvarinen, J. Annu. Rev. Mater. Sci. 1985, 15, 177.
(60) Knez, M.; Niesch, K.; Niinisto, L. Adv. Mater. 2007, 19, 3425.
(61) Puurunen, R. L. J. Appl. Phys. 2005, 97.
(62) Kim, H.; Lee, H. B. R.; Maeng, W. J. Thin Solid Films 2009, 517, 2563.
(63) Macak, J. M.; Tsuchiya, H.; Ghicov, A.; Yasuda, K.; Hahn, R.; Bauer, S.; Schmuki, P. Curr. Opin. Solid. St. M. 2007, 11, 3.
(64) Asahi, R.; Morikawa, T.; Ohwaki, T.; Aoki, K.; Taga, Y. Science 2001, 293, 269.
(65) Ghicov, A.; Macak, J. M.; Tsuchiya, H.; Kunze, J.; Haeublein, V.; Frey, L.; Schmuki, P. Nano. Lett. 2006, 6, 1080.
(66) Hahn, R.; Ghicov, A.; Salonen, J.; Lehto, V. P.; Schmuki, P. Nanotechnology 2007, 18.
(67) Zhao, H. M.; Chen, Y.; Quan, X.; Ruan, X. L. Chinese Sci. Bull. 2007, 52, 1456.
(68) Choi, W. Y.; Termin, A.; Hoffmann, M. R. J. Phys. Chem.-Us 1994, 98, 13669.
(69) Sato, S.; White, J. M. Chem. Phys. Lett. 1980, 72, 83.
(70) Paramasivalm, I.; Macak, J. M.; Schmuki, P. Electrochem. Commun. 2008, 10, 71.
(71) Li, H. B.; Duan, X. C.; Liu, G. C.; Liu, X. Q. J. Mater. Sci. 2008, 43, 1669.
(72) Seery, M. K.; George, R.; Floris, P.; Pillai, S. C. J. Photoch. Photobio. A 2007, 189, 258.
(73) Sun, L.; Li, J.; Wang, C. L.; Li, S. F.; Lai, Y. K.; Chen, H. B.; Lin, C. J. J. Hazard Mater. 2009, 171, 1045.
(74) Liu, S. X.; Qu, Z. P.; Han, X. W.; Sun, C. L. Catal. Today 2004, 93-95, 877.
(75) Tomas, S. A.; Luna-Resendis, A.; Cortes-Cuautli, L. C.; Jacinto, D. Thin Solid Films 2009, 518, 1337.
(76) Coleman, H. M.; Marquis, C. P.; Scott, J. A.; Chin, S. S.; Amal, R. Chem. Eng. J. 2005, 113, 55.
(77) Monticone, S.; Tufeu, R.; Kanaev, A. V.; Scolan, E.; Sanchez, C. Appl. Surf. Sci. 2000, 162, 565.
(78) Serpone, N.; Lawless, D.; Khairutdinov, R. J. Phys. Chem.-Us 1995, 99, 16646.
(79) Yu, J. G.; Yu, H. G.; Cheng, B.; Zhao, X. J.; Yu, J. C.; Ho, W. K. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 13871.
(80) Kim, G. M.; Lee, S. M.; Michler, G. H.; Roggendorf, H.; Gosele, U.; Knez, M. Chem. Mater. 2008, 20, 3085.
(81) Yang, H. G.; Sun, C. H.; Qiao, S. Z.; Zou, J.; Liu, G.; Smith, S. C.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. Nature 2008, 453, 638.