簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 張永祥
論文名稱: 銅氧化物修飾氧化鋅奈米線於光觸媒應用
Application of ZnO Nanowires with Copper Oxide Modification in Photocatalysis
指導教授: 林鶴南
口試委員: 李紫原
徐文光
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 氧化鋅光觸媒氧化亞銅
外文關鍵詞: ZnO, photocatalysis, copper oxide
相關次數: 點閱:3下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本實驗是以氧化鋅奈米線為基礎,利用光還原法將氧化鋅奈米線進行改質,使銅氧化物修飾氧化鋅奈米線,主要目的為增強氧化鋅奈米線光觸媒效率。氧化鋅奈米線是以高溫爐管搭配氣-固成長機制成長而成,再使用光還原法與退火處理,在氧化鋅奈米線表面產生銅氧化物奈米顆粒,此外直徑較細的氧化鋅奈米線還發生了糾結彎曲的現象。
    利用掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscopy, SEM) 與穿透式電子顯微鏡 (transmission electron microscopy, TEM) 分析改質前後奈米線的結構,螢光光譜分析奈米線放光情形,透過螢光光譜可看出改質後氧化鋅奈米線的紫外放光波段放光強度下降,顯示出氧化亞銅的修飾可以抑制氧化鋅奈米線電子電洞再復合率。
    以氧化鋅奈米線做為光觸媒進行分解羅丹明B (rhodamine B)的光催化實驗,在分解過程中,羅丹明B剩餘濃度低於10 μM,分解速率產生轉變,速率由零階轉為一階。以紫外燈做為光觸媒激發光源,未改質與改質後奈米線光觸媒零階反應常數分別為0.14 μM/min與0.41 μM/min,光觸媒效率提升1.93倍。再以功率100 W的鹵素燈做為光觸媒激發光源,未改質與改質後奈米線光觸媒零階反應常數分別為0.025 μM/min與0.22 μM/min,光觸媒效率提升7.84倍,改質後的氧化鋅奈米線光觸媒效率更加大幅提升。因此我們成功的使用光還原法使銅氧化物修飾氧化鋅奈米線,改質後的氧化鋅奈米線可應用於紫外燈與鹵素燈做為光源的光觸媒催化反應,大幅提升光觸媒效率。


    中文摘要 I Abstract III 致謝… V 目錄... VI 圖目錄 X Chapter 1緒論 1 1.1 前言 2 1.2 研究動機 3 Chapter 2文獻回顧 4 2.1 氧化鋅奈米線介紹 5 2.1.1 晶體結構 5 2.1.2 氧化鋅奈米結構成長機制與方法 6 2.1.3 晶格缺陷形成n-type半導體 8 2.1.4 氧化鋅的光學性質 10 2.2 光觸媒催化反應 11 2.2.1 光催化原理 12 2.2.2 光觸媒機制與反應速率 15 2.2.3 影響光觸媒效率的因素 18 2.2.4 氧化鋅的光觸媒效率 19 2.3 使用光還原法改質 21 Chapter 3實驗製程與研究方法 23 3.1 實驗設計 24 3.2 材料製作流程 25 3.2.1 基板前處理 25 3.2.2 成長氧化鋅奈米線 26 3.2.3 以光還原法改質氧化鋅奈米線 27 3.2.4 退火處理 28 3.3 材料參數設計 28 3.4 分析儀器與樣品準備 29 3.4.1 掃瞄式電子顯微鏡 30 3.4.2 螢光光譜儀 30 3.4.3 穿透式電子顯微鏡 30 3.4.4 能量色散X射線光譜 30 3.5 光觸媒催化反應與量測 30 3.5.1 光觸媒催化反應系統架構 31 3.5.2 量測系統設計 32 3.5.3 光觸媒分解RhB分子 32 3.5.4 光觸媒催化反應實驗步驟 33 3.5.5 催化反應光譜量測步驟 33 Chapter 4實驗結果與討論 35 4.1 材料特性分析 36 4.1.1 表面形貌 36 4.1.2 光學性質 39 4.1.3 結構與組成 41 4.2 RhB的自然分解速率 48 4.3 銅氧化物修飾氧化鋅奈米線的光觸媒效率 50 4.4 銅氧化物修飾氧化鋅奈米線在自然光的光觸媒效率 56 4.5 銅氧化物修飾氧化鋅奈米線的光觸媒重複性 61 4.6 改質後的氧化鋅奈米線光觸媒效率提升的因素 62 Chapter 5結論 64 參考文獻 67

    [1] A. Fujishima, K. Honda, Nature 238 (1972) 37.
    [2] A. D. Yoffe, Adv. Phys. 51 (2002) 799.
    [3] Q. Wan, T.H. Wang, J.C. Zhao, Appl. Phys. Lett. 87 (2005) 083105.
    [4] X. Qiu, L. Li, J. Zheng, J. Liu, X. Sun, G. Li, J. Phys. Chem. C 112 (2008) 12242.
    [5] D. Fan, H. Wang, Z. Wu, J. Phys. Chem. C 113 (2009) 16717.
    [6] X. Qiu, G. Li, X. Sun, L. Li, X. Fu, Nanotechnology 19 (2008) 215703.
    [7] J. Zhao, L. Wang, X. Yan, Y. Yang, Y. Lei, J. Zhou, Y. Huang, Y. Gu, Y. Zhang, Mater. Res. Bull. 46 (2011) 1207.
    [8] J. Nayak, S.N. Sahu, J. Kasuya, S. Nozaki, Appl. Surf. Sci. 254 (2008) 7215.
    [9] L. Zheng, Y. Zheng, C. Chen, Y. Zhan, X. Lin, Q. Zheng, K. Wei, J. Zhu, Inorg. Chem. 48 (2009) 1819.
    [10] Z. Wang, B. Huang, Y. Dai, X. Qin, X. Zhang, P. Wang, H. Liu, J. Yu, J. Phys. Chem. C 113 (2009) 4612.
    [11] C. Ren, B. Yang, M. Wu, J. Xu, Z. Fu, Y. Lv, T. Guo, Y. Zhao, C. Zhu, J. Hazard. Mater. 182 (2010) 123.
    [12] J.H. Chang, H.N. Lin, Mater. Lett. 132 (2014) 134.
    [13] D.R. Sahu, C.P. Liu, R.C. Wang, C.L. Kuo, J.L. Huang, Int. J. Appl. Ceram. Tec. 10 (2013) 814.
    [14] Z.L. Wang, J. Phys.: Condens. Matter 16 (2004) R829.
    [15] S.T. Ho, K.C. Chen, H.A. Chen, H.Y. Lin, C.Y. Cheng, H.N. Lin, Chem. Mater. 19 (2007) 4083.
    [16] T.M. Barnes, J. Leaf, C. Fry, C.A. Wolden, J. Crysy. Growth. 274 (2005) 412.
    [17] A.J. Cheng, Y. Tzeng, Y. Zhou, M. Park, T.h. Wu, C. Shannon, D. Wang, W. Lee, Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 092113.
    [18] M.D. Barankin, I.E. Gonzalez, A.M. Ladwig, R.F. Hicks, Sol. Energ. Mat. Sol. C. 91 (2007) 924.
    [19] M. Guo, P. Diao, S. Cai, J. Solid. State. Chem. 178 (2005) 1864.
    [20] B. Liu, H.C. Zeng, J. Am. Chem. Soc. 125 (2003) 4430.
    [21] L. Vayssieres, Adv. Mater. 15 (2003) 464.
    [22] L. Vayssieres, K. Keis, S.E. Lindquist, A. Hagfeldt, J. Phys. Chem. B 105 (2001) 3350.
    [23] R. Zhang, L.L. Kerr, J. Solid. State. Chem. 180 (2007) 988.
    [24] S. Lukas, M.J. L., Mater. Today 10 (2007) 40.
    [25] W.I. Park, Y.H. Jun, S.W. Jung, G.C. Yi, Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 964.
    [26] C.H. Ahn, Y.Y. Kim, D.C. Kim, S.K. Mohanta, H.K. Choa, J. Appl. Phys. 105 (2009) 013502.
    [27] J. Kubota, K. Domen, Electrochem. Soc. Interface, Summer 22 (2013) 57.
    [28] M. Grätzel, Nature 414 (2001) 338.
    [29] A.L. Linsebigler, G. Lu, J.T.Y. Jr., Chem. Rev. 95 (1995) 735.
    [30] M.A. Behnajady, N. Modirshahla, R. Hamzavi, J. Hazard. Mater. 133 (2006) 226.
    [31] M.R. Hoffmann, S.T.M.W. Choi, D.W. Bahnemannt., Chem. Rev. 95 (1995) 69.
    [32] M.Y. Guo, A.M.C. Ng, F. Liu, A.B. Djuri, K.S. Wong, J. Phys. Chem. C 115 (2011) 11095.
    [33] Y. Zheng, C. Chen, Y. Zhan, X.i. Lin, Q. Zheng, K. Wei, J. Zhu, Y. Zhu, Inorg. Chem. 46 (2007) 6675.
    [34] T. Alammar, A. Mudring, J. Mater. Sci. 44 (2009) 3218.
    [35] Y. Abdu, A.O. Musa, Bayero J. Pure Appl. Sci. 2 (2009) 8.
    [36] J.H. Chang, H.N. Lin, J. Nanomater. 2014 (2014) 426457.

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE