以銀改質陣列式二氧化鈦奈米管結構之製備及其光催化性質研究

The Synthesis and Photocatalysis of Ag-loaded TiO2 Nanotube Arrays

梁育銓(Yu-Chuan Liang)

指導教授 ： 彭宗平

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2010年)

摘要

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。

關鍵字

二氧化鈦奈米管 ； 陽極氧化鋁 ； 原子層鍍膜法 ； 奈米銀 ； 光觸媒

並列摘要

無資料

並列關鍵字

TiO2 nanotubes ； AAO ； ALD ； silver nanoparticles ； photocatalysis

參考文獻

(12) Mor, G. K.; Shankar, K.; Paulose, M.; Varghese, O. K.; Grimes, C. A. Nano. Lett. 2006, 6, 215.

(19) Du, G. H.; Chen, Q.; Che, R. C.; Yuan, Z. Y.; Peng, L. M. Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 3702.

(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.

(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.

(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.