本實驗主要是利用溶膠-凝膠法(sol-gel method)來合成P/Si -TiO2光觸媒。實驗的過程，在固定摻雜物(磷、矽)的總莫爾添加量的情況下改變磷、矽之莫爾比，以探討磷和矽的添加對二氧化鈦銳態礦相態的維持、粉體的尺寸和粒徑分散性與其光催化效率的影響。實驗程序中固定[Ti]：([P]+[Si])的莫耳數比97：3，僅改變[P] / ([P]+[Si])的莫爾比，依次為1、0.67、0.5、0.33、0。反應溶液在90oC回流反應4小時；反應後經90oC乾燥24小時並以不同熱處理溫度(600oC-1000 oC)
煆燒2小時以製得所需粉體，接著再進行粉體的特性分析。實驗的結果顯示：(1)利用溶膠-凝膠法可以成功的合成奈米級P/Si -TiO2可見光型光觸媒，且其銳鈦礦結構可維持至900oC並具有良好的光催化活性；(2)當[P]/([P]+[Si])=1/3和1/2時，P/Si -TiO2於900oC煆燒後粉體大小仍在奈米尺寸且仍然呈現鬆散的堆疊；(3) 動力學分析指出[P]/([P]+[Si])=0.5的P/Si-TiO2的粉體且有最大的反應常數，意味著有著最佳的光催化能力。

The P/Si-TiO2 nanoparticles were synthesized by a sol–gel method. 
The contents of dopants (i.e., P and Si) were controlled at [P+Si]/[P/Si-
TiO2]=0.03. The effects of relative ratios of dopants (i.e., R≡[P]/[P+Si]) and calcinations temperatures on phase transformation, crystallite sizes, and photocatalytic activity of the gel-derived P/Si-TiO2 were investigatied. The experimental results indicate that (1)visible light activated P/Si-TiO2 photocatalysts can be produced using the sol-gel technigue; (2)being calcined at 900oC, the P/Si-TiO2 specimens of R= 0.33 and 0.5 are still composed of loosely packed nanoparticles and show good photocatalytic abilities; (3)in whole, the P/Si-TiO2 nano-
particles of R=0.5 calcined at 600~900oC possess the best performance in photocatalytic activity, under both 365nm UV light and white light irradiation.

目錄
 
目錄	Ⅰ
圖目錄	Ⅳ
表目錄	XI
第一章緒論	1

第二章文獻回顧	3
2-1 二氧化鈦介紹	3
2-2 二氧化鈦的製備方法	8
     2-2-1 水熱法	8
     2-2-2 化學氣相沉積法	9
     2-2-3 溶膠-凝膠法	10
2-3 光催化的原理	15
2-4 量子效應	18
2-5 磷酸對於二氧化鈦的影響	19
2-6 添加Si對於二氧化鈦的影響20
2-7 可見光型二氧化鈦	21

第三章 實驗步驟及方法	23
3-1 實驗藥品	23
3-2 光觸媒粉體的製備	24
3-3 實驗儀器	27
3-4 儀器分析	29
    3-4-1傅立葉轉換紅外線光譜儀	29
    3-4-2 X光繞射分析儀	31
    3-4-3掃描式電子顯微鏡	33
    3-4-4紫外光-可見光光譜儀	34
    3-4-5穿透式電子顯微鏡	36
    3-4-6熱重損失分析儀與差溫分析儀37
3-5 光觸媒活性檢測	39

第四章 結果與討論	41
4-1 二氧化鈦的相態與晶粒尺寸42
    4-1-1銳鈦礦-金紅石TiO2相轉變的探討42
    4-1-2晶粒大小的探討	64
4-2 磷、矽扮演的角色	68
4-3 粉體的形態	77
4-4 光觸媒的光催化能力	84
    4-4-1紫外光下轉化效率	85
    4-4-2可見光下轉化效率	93
    4-4-3動力學分析	100
	4-4-3-1紫外光條件下	102
	4-4-3-2可見光條件下	107
4-5 磷、矽莫爾比對光催化能隙的影響111

第五章 結論116
參考文獻	118
附錄…………………………………………………………124

圖目錄
圖2-1 二氧化鈦(TiO2)的相圖	5
圖2-2 二氧化鈦之晶體結構（a）Anatase（b）Rutile	5 
圖2-3 二氧化鈦之基本晶體結構-八面體	6
圖2-4 (a)銳態礦結構的二氧化鈦	7
圖2-4 (b)金紅石礦結構的二氧化鈦	7
圖2-5 Ti(OR)4製備TiO2的流程圖	11
圖2-6 無機金屬鹽類製備奈米粉體的流程圖	13
圖2-7 為半導體表面與內部捕抓電子圖	17
圖2-8 二氧化鈦光催化反應機制	17
圖2-9 為能隙能量隨著粒徑減小而增加	18
圖3-1 P/Si -TiO2光觸媒的步驟與流程	26
圖3-2 X-ray繞射分析儀	31
圖3-3 Methylene blue 化學結構式	39
圖4-1(a) 未摻雜作任何元素TiO2	44
圖4-1(b) 3PS10	45
圖4-1(c) 3PS21	45
圖4-1(d) 3PS11	45
圖4-2(a) 摻雜純磷的TG-DTA分析圖	51
圖4-2(b) 磷、矽莫爾比為2:1的TG-DTA分析圖	51
圖4-2(c) 磷、矽莫爾比為1:1的TG-DTA分析圖	52
圖4-2(d) 磷、矽莫爾比為1:2的TG-DTA分析圖	52
圖4-2(e) 摻雜純矽的TG-DTA分析圖	53
圖4-2(f) 為摻雜任何元素的TG-DTA分析圖	53
圖4-3 摻雜磷元素的二氧化鈦煆燒200-500℃不持溫的IR圖	54
圖4-4 未摻雜任何元素的二氧化鈦煆燒200、300℃不持溫的IR圖54
圖4-5 磷、矽莫爾比1:2，無持溫時間、熱處理1000、1100℃的XRD55
圖4-6(a)為純磷不同升溫速率的DTA圖	58
圖4-6(b) 3PS10相轉變的放熱峰位置代入 1/T 對 ln(T^2/β)	58
圖4-7(a)為磷、矽莫爾比為2：1不同升溫速率的DTA圖	59
圖4-7(b) 3PS21相轉變的放熱峰位置代入 1/T 對 ln(T^2/β)	59
圖4-8(a)為磷、矽莫爾比為1：1不同升溫速率的DTA圖	60
圖4-8(b) 3PS11相轉變的放熱峰位置代入 1/T 對 ln(T^2/β) 	60
圖4-9(a)為磷、矽莫爾比為1：2不同升溫速率的DTA圖	61
圖4-9(b) 3PS12相轉變的放熱峰位置代入 1/T 對 ln(T^2/β)	61
圖4-10 [P]/([Si]+[P])莫爾比的TEM圖	65
圖4-11 不同組成比例其晶粒成長曲線圖	67
圖4-12(a) 摻雜純磷的二氧化鈦IR圖	71
圖4-12(b) 磷/矽莫爾比2:1的二氧化鈦IR圖	72
圖4-12(c) 磷/矽莫爾比1:1的二氧化鈦IR圖	73
圖4-12(d) 磷/矽莫爾比1:2的二氧化鈦IR圖	74
圖4-12(e) 雜純矽的二氧化鈦IR圖	75
圖4-12(f) 未摻雜任何元素的二氧化鈦IR圖	76
圖4-13二氧化鈦未經熱處理程序的SEM(a)3PS10(b)3PS21
(c)3PS11 (d)3PS12 (e)3PS01	79
圖4-14二氧化鈦經煆燒600℃的SEM圖(a)3PS10600 (b)3PS21600(c)3PS11600 (d)3PS12600 (e)3PS01600	80
圖4-15二氧化鈦經煆燒700℃的SEM圖(a)3PS10700 (b)3PS21700 (c)3PS11700 (d)3PS12700 (e)3PS01700	81
圖4-16二氧化鈦經煆燒800℃的SEM圖(a)3PS10800 (b)3PS21800(c)3PS11800 (d)3PS01800	82
圖4-17二氧化鈦經煆燒900℃的SEM圖(a)3PS10900 (b)3PS21900(c)3PS11900 (d)3PS12900 (e)3PS01900	83
圖4-18(a) 3PSxy600樣品的MB去除率及所對應的               anatase –TiO2的尺寸	87
圖4-18(b) 3PSxy700樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	87
圖4-18(c) 3PSxy800樣品的MB去除率及所對應的
anatase / rutile –TiO2的尺寸	88
圖4-18(d) 3PSxy900樣品的MB去除率及所對應的
anatase / rutile–TiO2的尺寸	88
圖4-19(a) 3PS10a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	90
圖4-19(b) 3PS21a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	90
圖4-19(c) 3PS11a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺	91
圖4-19(d) 3PS12a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	91
圖4-19(e) 3PS01a樣品的MB去除率及所對應的
anatase / rutile–TiO2的尺寸	92
圖4-20(a) 3PSxy600樣品的MB去除率及所對應的                 anatase –TiO2的尺寸	94
圖4-20(b) 3PSxy700樣品的MB去除率及所對應的                 anatase –TiO2的尺寸	94
圖4-20(c) 3PSxy800樣品的MB去除率及所對應的                 anatase –TiO2的尺寸	95
圖4-20(d) 3PSxy900樣品的MB去除率及所對應的                  anatase –TiO2的尺寸	95
圖4-21(a) 3PS10a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	97
圖4-21 (b) 3PS21a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	97
圖4-21 (c) 3PS21a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	98
圖4-21 (d) 3PS21a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	98
圖4-21 (e) 3PS01a樣品的MB去除率及所對應的
anatase –TiO2的尺寸	99
圖4-22 (a) 煆燒溫度600oC CA/CA0對時間t的反應光譜圖	104
圖4-22 (b) 煆燒溫度700oC CA/CA0對時間t的反應光譜圖	104
圖4-22 (c) 煆燒溫度800oC CA/CA0對時間t的反應光譜圖	105
圖4-22 (d) 煆燒溫度900oC CA/CA0對時間t的反應光譜圖	105
圖4-23 (a) 煆燒溫度600oC CA/CA0對時間t的反應光譜圖	109
圖4-23 (b) 煆燒溫度700oC CA/CA0對時間t的反應光譜圖	109
圖4-23 (c) 煆燒溫度800oC CA/CA0對時間t的反應光譜圖	110
圖4-23 (d) 煆燒溫度900oC CA/CA0對時間t的反應光譜圖	110
圖4-24固定磷、矽莫爾比在不同煆燒溫度下的紫外光可見光吸收光譜能隙圖	111
圖4-25 Si/P-TiO2在不同磷、矽莫爾比和煆燒溫度下所對應的譜能隙圖       114
圖4-26雙成份系統在各個煆燒溫度下，磷、矽莫爾比所對應
能隙的關係圖	114


表目錄
表2-1 二氧化鈦銳鈦礦晶體與金紅石礦晶體之晶型結構與物性比較6
表2-2 改善二氧化鈦光觸媒反應速度方法	22 
表3-1 相關反應之莫爾比例	25
表4-1 不同煆燒溫度對於晶粒的影響	47
表4-2 為各組成比例依Kissinger法計算所使用的數據 63
表4-3 不同磷/矽莫爾比對於煆燒700oC後P/Si-TiO2晶粒的影響64   
表4-5 不同組成比例與條件下其k_(A,ξ)值(紫外光條件下) 106
表4-6 不同組成比例與條件下其k_(A,ξ)值(可見光條件下) 	108
表4-7為不同磷、矽莫爾比對煆燒溫度的能隙彙整表	115

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