奈米功能性混成Pt/TiO2/CNTs材料之合成與性質研究

Synthesis and Characterization of Hybrid Functional Pt/TiO2/CNTs Nanomaterials

林冠男(Kuan-Nan Lin)

指導教授 ： 林鴻明

大同大學/工程學院/材料工程學系所/博士(2007年)

摘要

本研究的主要動機在於合成功能性奈米混成功能性催化材料，並對此奈奈米混成材料的結構因子與催化特性之間作相關性的研究與討論。希望藉由導入擁有高石墨化程度與高表面能之多壁奈米碳管與貴金屬及半導體氧化物的混成材料系統，研究白金與二氧化鈦在多壁奈米碳管為載體系統之相變化與觸媒催化特性。
本研究針對二氧化鈦/多壁奈米碳管、白金/多壁奈米碳管和白金/二氧化鈦/多壁奈米碳管等三個奈米混成材料進行合成與特性研究。研究證明可以藉由溶膠凝膠法合成出二氧化鈦/多壁奈米碳管混成材料。由於多壁奈米碳管對混成材料結構上的影響，使附著於碳管上的奈米二氧化鈦顆粒即使在1000℃高溫下燒結一個半小時，依然可以維持銳鈦礦的結晶相。本研究同時使用多元醇法來合成白金/多壁奈米碳管混成材料。 5~10奈米大小的白金奈米顆粒可均勻的分散在多壁奈米碳管上；在通氫除氯的催化反應上，此白金含量大約25.7％的混成材料，顯示出極為穩定的選擇率和高的轉換率。
除此之外，本研究也成功地結合溶膠凝膠法與多元醇法來製備合成出新型態的白金/二氧化鈦/多壁奈米碳管奈米混成材料；研究結果顯示大約2奈米的奈米白金顆粒分布於大約40奈米高溫銳鈦礦相二氧化鈦與酸洗改質之多壁奈米碳管表面，成為一個結合化學催化與光催化的新型態功能性奈米混成材料。在一氧化碳還原的催化反應上，結果顯示導入奈米碳管當載體的白金/多壁奈米碳管和白金/二氧化鈦/多壁奈米碳管奈米混成材料，在室溫下即可達到一氧化碳100% 的轉換率。白金/二氧化鈦/多壁奈米碳管奈米混成材料，此結合化學觸媒與光觸媒的混成材料， 更可以在紫外光的照射下， 維持穩定的一氧化碳轉換活性。

關鍵字

混成材料 ； 白金 ； 二氧化鈦 ； 奈米碳管 ； 催化劑

並列摘要

The motivation of this study is to develop effective functionalized catalytic hybrid nanomaterials and to investigation the structure effect on the catalytic activities. As a catalyst support, the carbon nanotubes with high graphitization and surface area lead to a brand-new improvement in the application of the hybrid catalytic nanomaterials system.
This thesis presented the nano hybrids of TiO2/CNTs, Pt/CNTs and Pt/TiO2/CNTs systems. The results revealed that the hybrid TiO2/CNTs nanomaterials were prepared successfully by sol gel technique and all the hybrid TiO2/MWCNTs nanomaterials exhibited anatase phase TiO2, even the post heat treatment up to 1000 oC. The anatase to rutile transformation was inhibited by the pinning effect of MWCNTs. By the polyol process, we synthesized the hybrid Pt/MWCNTs nanomaterials. The globular Pt nanoparticles about 25.7 weight percent with a size roughly ranged from 5 to 10 nm were adhered individually to the purified MWCNTs. Furthermore, the hybrid Pt/CNTs nanomaterials showed much more stable activity and selectivity in the catalytic test.
Finally, the sol-gel process and polyol process were combined to synthesize the new hybrid Pt/TiO2/CNTs nanomaterials successfully. The excellent fine Pt nanoparticles around 2-3 nm decorated not only the anatase TiO2 nanoparticles (around 40 nm), but the purified multi-wall carbon nanotubes are observed obviously. Additionally, the Pt/TiO2/MWCNTs and Pt/MWCNTs nanomaterials catalyze 100% conversion of CO oxidation at room temperature due to introducing the carbon nanotubes as the support. Furthermore, active Pt/TiO2/MWCNTs photocatalyst can keep the CO oxidation continuously under the UV light illumination without poison.

並列關鍵字

nano hybrid ； Pt ； TiO2 ； CNTs ； catalyst

參考文獻

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