以氟、碘、氮結合二氧化鈦光觸媒 提高可見光吸收之研究

Visible-light-active TiO2-based photocatalysts with Fluorine, Iodine and Nitrogen

邱姜縉(Jiang-Jin Ciou)

指導教授 ： 林耀堅

國立屏東科技大學/工學院/環境工程與科學系所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6346/NPUST.2011.00095

摘要

近年來光觸媒已經廣泛應用於太陽能轉換和環境應用的研究，然而改質二氧化鈦(Titanium dioxide, TiO2)以增加可見光吸收區域成為重要話題，故本研究利用氟(Fluorine)、碘 (Iodine)、氮(Nitrogen)改質TiO2之目的為達到減少貴金屬之使用並提高可見光吸收之研究。
本研究以溶膠凝膠法製備二氧化鈦，添加少量之不同元素(F、I、N)進行改質，並且比較TiO2、F-TiO2、I-TiO2、FN-TiO2、IN-TiO2、FNI-TiO2、INF-TiO2改質觸媒之吸光度，並針對亞甲基藍(Methylene blue)濃度降解以及礦化率進行效果評估試驗。
研究結果顯示添加F、I、N確實能提升可見光吸收範圍，在X射線繞射分析儀(XRD)分析方面，確認本研究所用之觸媒具有高度光催化活性的銳鈦礦(Anatase)。在經由掃瞄式電子顯微鏡(SEM)之結果顯示添加F、I、N能夠增加二氧化鈦表面凹孔，進而使比表面積(BET)增加，此外在氙燈濾光後之可見光，其降解效率可達98%以上，並以最佳條件降解五氯酚可達70%，此外對五氯酚於氙燈濾光後之可見光，分析光照降解後的毒性，隨著光照時間的增加，毒性便會降低，而Cl-產量隨著光照時間的增加而增加，而五氯酚濃度相對隨光照時間增加而降低，其中主要的原因可能是F、I、N原子因高溫鍛燒進入二氧化鈦晶格中，取代氧原子進行置換，因而縮小能階，使得吸收強度增加。當以F、I、N共摻雜於二氧化鈦上時，其光催化活性較能發揮至最大且增加可見光之吸收，未來搭配可見光燈源時相對亦較符合經濟效益。

關鍵字

二氧化鈦 ； 氟 ； 碘 ； 氮 ； 光催化劑 ； 可見光活性 ； 亞甲基藍

並列摘要

Photocatalysts have been widely used on the studies of solar energy conversion and environmental applications. However, the modified titanium dioxide (TiO2) has become an important topic to increase the usage of visible light absorption region. Fluoride (F), iodine (I) and Nitrogen (N) were added to modify TiO2 to reduce the usage of precious metals and improve to absorption of visible light.
In this study, sol-gel method was applied using TiO2 and a small amount of different elements (F, I, N) in order to compare the effects of TiO2, F-TiO2, I-TiO2, FN-TiO2, IN-TiO2, FNI-TiO2 and INF-TiO2 catalysts Methylene blue degradation and mineralization rate were investigated.
The results showed that doping F, I and N could effectively enhance the visible light absorption on titanium dioxide. The X-ray diffraction analyzer (XRD) also showed further confirmation of the catalyst used in this study with higher photocatalytic activity of anatase. Scanning electron microscopy (SEM) results showed that F, I and N increased the surface area and the particle size analyzed by BET. In addition, the UV radiationof the xenon lamp was cut off using a filter glass. The percent degradation for methylene blue and pentachlorophenol were 98 % and 70 %, respectively. The toxicity and the concentration of chloride ion of samples decreased with the increase of exposure time. The increase of illumination time, while the relative concentration of PCP decreased with increasing illumination time may be due to the effects of F, I and N atoms. Due to the high temperature calcination of titanium dioxide into the lattice, the atoms of F, I and N replaced the oxygen atoms, and thus reduce the energy level making the absorption intensity of visible light increased. When the F, I and N were doped on titanium dioxide, the modified photocatalysts could be a useful system with natural sunlight to remediate the organic polluted water.

並列關鍵字

Titanium dioxide ； Fluorine ； Iodine ； Nitrogen ； Photocatalyst ； Visible-light activity ； Methylene blue

參考文獻

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