高光催化能力的P/Si-TiO2厚膜以溶膠-凝膠法、旋轉塗布技術和棒塗技術穩固地附著於FTO導電玻璃基材上。製備過程中，首先使用溶膠-凝膠法與旋轉塗布技術將鈦酸正四乙酯的醇溶液塗布於FTO玻璃表面以形成緻密的TiO2薄膜來作為TiO2光觸媒厚膜的基底層。接著，以煆燒後具高結晶度的凝膠衍生P/Si- TiO2奈米粉體來調配漿料，再以12 μm塗布棒將漿料塗布於基材上，所得濕膜再經熱處理以製得TiO2光觸媒厚膜。製備之薄膜、粉體及厚膜經由X-光繞射分析、紫外光-可見光光譜儀、掃描式電子顯微鏡、表面輪廓儀和百格測試(ASTM D 3359-95)等來分析樣品特性。厚膜的光催化能力以光降解水中亞甲基藍(MB)所計算得的特徵時間常數(τ)來表示，τ越小代表光催化能力越好。結果顯示，以煆燒800 °C之粉體配製塗布漿料，並控制其固含量為20 wt.%所製得的厚膜中銳鈦礦TiO2結晶度高且具有較適當的微結構，所以整體呈現較優異的光催化能力，光催化反應6小時能夠分解81 mol%的MB(特徵時間常數τ值為3.59±0.5 %小時)；在相同條件與反應時間下TiO2薄膜只能分解29 mol%的MB(τ =18 ±0.1%小時)。P/Si-TiO2厚膜的光催化能力數倍高於TiO2薄膜。動力學探討得知，TiO2厚膜的光催化效能與光催化面積(NS; N:數目, S:面積)呈正比關係，與光照強度(I)呈指數關係。將不同實驗條件下量測所得τ進行數據的擬合分析得到其關係式為τ=[(0.052N+0.002)I^0.338 ]^(-1)，此關係式可充分地描述TiO2光觸媒厚膜降解水中MB的光催化行為表現。

P/Si-TiO2 thick films with high photocatalytic activities firmly adhered on FTO glass substrates were prepared using the sol-gel method, spin-coating and bar-coating techniques. The TiO2 thin film coated on the FTO glass substrate, as a base layer for P/Si-TiO2 thick film, was formed via a spin-coating technique. The slurry containing the gel-derived P/Si-TiO2 nanoparticles was then bar-coated on the TiO2 base layer, followed by calcining at 550 °C to form the photocatalytic thick film on the FTO glass substrates. The specimens were characterized using X-ray diffractometer, ultraviolet-visible spectro- photometer, scanning electron microscope, stylus profiler and adhesion test (ASTM D 3359-95). By photocatalytic degradation of methylene blue (MB), the photocatalytic activities of the films were measured and represented using the corresponding characteristic time constant (τ). Smaller τ is, the higher is the photocatalytic ability of the film. The P/Si-TiO2 thick film, prepared from the slurry containing 20 wt.% of the calcined P/Si-TiO2 powder at 800 °C, gave the superior performance in photocatalysis; this thick film had τ=3.59 hours and decomposed about 81 mole% of MB in the water after 6 h, under irradiation 365-nm UV light. For the sake of comparison, the TiO2 thin film decomposed 29 mol% MB in water (τ= 18 hours) under the same conditions. Kinetic analysis showed that the photocatalytic abilities of P/Si-TiO2 thick films are directly proportional to the photocatalytic area (NS; N: number of specimens, S: area), and have a power relationship with light intensity (I). By experimental data fitting, it was found that τ = [(0.052N+0.002)I0.338]-1, which can well predict the characteristic time constant of the P/Si-TiO2 thick films at different operation conditions.

主目錄
論文提要內容	I
Abstract	III
主目錄	V
圖目錄	VII
表目錄	X
第一章	緒論	1
1-1	光觸媒材料之興起	1
1-2	光觸媒材料之固定化	2
1-3	研究目的	2
第二章	文獻回顧	3
2-1	二氧化鈦的基本性質	3
2-2	二氧化鈦膜的製備	5
2-3	光催化原理	12
2-4	二氧化鈦光催化效果的提升	14
第三章	實驗步驟與方法	21
3-1	實驗藥品	22
3-2	TiO2薄膜的製備	23
3-3	P/Si-TiO2奈米粉體的製備	24
3-4	P/Si-TiO2厚膜的製備	25
3-5	實驗儀器	29
3-6	光催化活性實驗	36
第四章	結果與討論	38
4-1	TiO2薄膜製備、特性分析及光催化能力	38
4-2	P/Si- TiO2奈米粉體的特性分析	47
4-3	P/Si-TiO2厚膜的製備與特性分析	51
4-4	光催化面積和光照強度對P/Si-TiO2厚膜光催化能力的影響	80
4-5	P/Si-TiO2厚膜的穩定性及再現性測試	87
第五章	結論	90
參考文獻	92
附錄	95

圖目錄
圖 2-1 1 TiO2銳鈦礦及金紅石相態的晶體結構圖	4
圖 2-3 1銳鈦礦二氧化鈦光催化反應機制圖	13
圖 3-4 1 TiO2薄膜的製備流程圖	26
圖 3-4 2 P/Si-TiO2奈米粉體的製備流程圖	27
圖 3-4 3 TiO2厚膜的製備流程圖	28
圖 3-6 1亞甲基藍的化學結構式	36
圖 4-1 1 FTO導電玻璃上不同鍍膜層數和煆燒溫度所製得TiO2薄膜的XRD圖	39
圖 4-1 2 FTO及FTO導電玻璃上不同鍍膜層數和煆燒溫度所製得TiO2薄膜的紫外光-可見光穿透光譜圖	40
圖 4-1 3 FTO及FTO導電玻璃上不同鍍膜層數和煆燒溫度所製得TiO2薄膜的表面SEM圖	44
圖 4-1 4 FTO及FTO導電玻璃上不同鍍膜層數和煆燒溫度所製得TiO2薄膜的截面SEM圖	45
圖 4-1 5旋轉塗布次數及熱處理溫度對TiO2薄膜厚度的影響	46
圖 4-1 6 TiO2薄膜光催化降解水中亞甲基藍	46
圖 4-2 1 P/Si-TiO2奈米粉體在不同煆燒溫度處理後的XRD圖譜	48
圖 4-2 2 P/Si-TiO2奈米粉體在不同煆燒溫度處理後的SEM圖	49
圖 4-2 3 煆燒後P/Si-TiO2奈米粉體的紫外光-可見光漫反射光譜圖	50
圖 4-3 1不同製備條件製得之P/Si-TiO2厚膜表面微結構的SEM圖	54
圖 4-3 2以不同溫度煆燒的P/Si-TiO2粉體所配製漿料製得的厚膜之XRD圖譜	57
圖 4-3 3以不同溫度煆燒的P/Si-TiO2粉體所配製漿料製得的厚膜之SEM俯視圖	60
圖 4-3 4以不同溫度煆燒的P/Si-TiO2粉體所配製漿料製得的厚膜之SEM剖視圖	61
圖 4-3 5 FTO、TiO2基底層以及塗布漿料中使用不同煆燒溫度粉體所製得的P/Si-TiO2厚膜之紫外光-可見光穿透光譜圖	64
圖 4-3 6 FTO、TiO2基底層以及塗布漿料中使用不同煆燒溫度粉體所製得的P/Si-TiO2厚膜之紫外光-可見光漫反射光譜圖	65
圖 4-3 7使用不同煆燒溫度的粉體所製得P/Si-TiO2厚膜光催化降解水中亞甲基藍	67
圖 4-3 8使用固含量不同的漿料所製得的P/Si-TiO2厚膜之XRD圖	69
圖 4-3 9使用不同漿料固含量製得的P/Si-TiO2厚膜之SEM俯視圖	71
圖 4-3 10使用不同漿料固含量製得的P/Si-TiO2厚膜之SEM剖視圖	72
圖 4-3 11不同固含量的漿料所製得之P/Si-TiO2厚膜的平均厚度(由SEM觀察而得)	73
圖 4-3 12不同固含量漿料所製得P/Si-TiO2厚膜之紫外光-可見光穿透光譜圖	75
圖 4-3 13 FTO、TiO2基底層以及不同固含量(粉體煆燒溫度800 °C)漿料所製得之P/Si-TiO2厚膜的巨觀觀察圖	75
圖 4-3 14不同固含量漿料所製得P/Si-TiO2厚膜之紫外光-可見光漫反射光譜圖	76
圖 4-3 15使用不同漿料固含量製得P/Si-TiO2厚膜之光催化降解亞甲基藍水溶液的結果 (光催化反應條件：光源使用365-nm紫外光、反應時間12小時及染料濃度10 μM)	79
圖 4-3 16煆燒550°C薄膜基底層之光催化結果	79
圖 4-4 1使用粉體煆燒800 °C固含量20 wt.%之P/Si-TiO2厚膜對MB光催化降解測試	81
圖 4-4 2 P/Si-TiO2光觸媒反應面積與τ值之關係	81
圖 4-4 3厚膜在不同光照強度下分解亞甲基藍濃度隨反應時間變化關係	83
圖 4-4 4光照強度與厚膜τ值之關係	83
圖 4-4 5厚膜分解亞甲基藍濃度隨反應時間變化關係圖	86
圖 4-5 1使用粉體煆燒700及800 °C固含量20 wt.%之 P/Si-TiO2厚膜的光催化再使用測試結果	88
圖 4-5 2光催化反應前後P/Si-TiO2厚膜的SEM影像	88
圖 4-5 3使用粉體煆燒800 °C固含量20 wt.%之P/Si-TiO2厚膜的光催化再現性測試結果	89
圖A. 煆燒後P/Si-TiO2奈米粉體的能隙計算過程  95
圖B. FTO、TiO2基底層和P/Si-TiO2厚膜的能隙計算過程 97
圖C. P/Si-TiO2厚膜的能隙計算過程 99

表目錄
表 2-1 1二氧化鈦結晶相態與物理性質	4
表 3-1 1實驗所需的主要藥品	22
表 4-1 1 FTO及鍍上TiO2薄膜之FTO玻璃的紫外光-可見光穿透率	40
表 4-2 1Scherrer’s方程式估算之煆燒P/Si-TiO2奈米粉體的TiO2平均晶粒尺寸	48
表 4-2 2 P/Si-TiO2奈米粉體在不同煆燒溫度處理後TiO2的能隙	51
表 4-3 1不同製備條件製得之P/Si-TiO2厚膜的附著性	55
表 4-3 2以不同煆燒溫度的TiO2粉體所配製之漿料棒塗所製得P/Si- TiO2厚膜中TiO2平均晶粒尺寸	57
表 4-3 3使用不同煆燒溫度粉體製得P/Si-TiO2厚膜之厚度	62
表 4-3 4不同煆燒溫度粉體製得P/Si-TiO2厚膜紫外光-可見光穿透率	64
表 4-3 5使用不同煆燒溫度的粉體所製得P/Si-TiO2厚膜之能隙	65
表 4-3 6使用固含量不同的漿料所製得的P/Si-TiO2厚膜之平均晶粒尺寸	70
表 4-3 7使用不同漿料固含量製得P/Si-TiO2厚膜之量測厚度	73
表 4-3 8不同固含量漿料所製得P/Si-TiO2厚膜之紫外光-可見光穿透率	76
表 4-3 9不同固含量漿料所製得P/Si-TiO2厚膜之能隙	77
表 4-4 1 P/Si-TiO2厚膜在不同光反應條件下光催化降解水中MB所對應的特徵時間常數(τ)	85

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