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研究生: 邱建洋
Chiu Chien-yang
論文名稱: 氣體吸附運用在中孔洞二氧化矽分子篩的結構鑑定
指導教授: 趙桂蓉
Chao Kuei-jung
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 118
中文關鍵詞: 氣體吸附氪氣吸附中孔洞分子篩孔徑分佈
外文關鍵詞: gas adsorption, krypton adsorption, mesoporous molecular sieves, pore size distribution
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  • 利用模版合成法製備之中孔洞二氧化矽分子篩具有下列特性:孔
    徑分佈範圍窄,孔徑大小具可調性,高孔洞體積及非常大的表面積,
    且其表面有很多具活性的silanol group(Si-OH),可以被用來進行修飾
    以填入各種不同的材料進入孔洞中,因此中孔洞二氧化矽分子篩很適
    合當作金屬、半導體或其他物質的擔體,應用在吸附、觸媒、光電與
    半導體方面。另外,中孔洞二氧化矽分子篩可以製備成薄膜形態,本
    身具有很大且可調的孔隙度,因此很適合用來作為低介電常數材料以
    及抗反射材料。
    基於中孔洞二氧化矽分子篩的應用與發展潛力與其孔洞性質有
    關,因此中孔洞二氧化矽的孔洞性質鑑定是本論文的探討主題。本論
    文研究目的即是建立量測中孔洞二氧化矽分子篩之孔徑分佈的方
    法,利用Henry’s law 改良DBdB 方法中描述多層吸附厚度的方程式,
    利用此方法(Henry-DBdB)分析中孔洞二氧化矽粉體樣品的氮氣吸附
    數據。另外利用氪氣吸附分析一系列薄膜樣品,研究利用不同模版分
    子、不同去除模版分子的處理方法,以及塗佈在不同基材上等實驗條
    件對於薄膜孔洞結構的影響。由於DBdB 理論涉及吸附氣體在孔洞內
    的狀態,不易用來分析氪氣吸附數據,因此我們合成一系列孔洞直徑
    在2-9 nm 之間的中孔洞二氧化矽粉體樣品,進行氮氣與氪氣吸附實
    驗,並用Henry-DBdB 理論分析測得粉體樣品的孔徑值,以建立氪氣
    吸附等溫線中的壓力反曲點與樣品孔徑的關係,作為分析薄膜孔徑的
    方法,此外分析氪氣吸附數據可以得到薄膜結構參數。另外,我們利
    用一氧化碳化學吸附實驗搭配氮氣吸附實驗探討金屬填入中孔洞二
    氧化矽粉體孔道中的情形。
    利用改良過的Henry-DBdB 方法,分析中孔洞二氧化矽粉體樣品
    的孔徑測量值與NLDFT 所計算的結果相近,證明以古典熱力學為基
    礎的DBdB 孔徑分析適合用來分析孔洞樣品的孔徑分佈。
    利用氪氣吸附實驗以及X 光反射實驗得到的結果,可以分析薄膜
    樣品的孔洞結構性質。分別利用臭氧處理以及□燒處理除去有機模
    版,並討論兩種處理方法對孔洞結構的影響。另外我們也想探討薄膜
    基材對薄膜結構的影響。
    另外,分別利用酒精與水當作鉑金屬前軀物的溶劑,在孔道內合
    成奈米金屬,從氮氣吸附數據搭配一氧化碳化學吸附與ICP-AES 實
    驗討論奈米金屬堵塞孔道的情形,結果與穿透式電子顯微鏡照片所觀
    察到的結果趨勢相同。


    第一章 緒論 1 1.1 中孔洞分子篩簡介 1 1.2中孔洞二氧化矽分子篩形成機制 4 1.3 本論文研究的目的與方法 10 第二章 實驗 12 2.1藥品 12 2.2 中孔洞分子篩的合成 13 2.3 金屬嵌入中孔洞分子篩 15 2.4 中孔洞二氧化矽薄膜的製備 19 2.5 鑑定分析 20 2.5.1等溫物理吸附 20 2.5.2等溫化學吸附 22 2.5.3 X光繞射實驗 27 2.5.4 場發射掃瞄式電子顯微鏡實驗 28 第三章 氣體吸附簡介 29 3.1吸附等溫曲線(adsorption isotherm) 32 3.2化學氣體吸附分析方法 34 3.3物理氣體吸附分析方法 35 3.3.1 表面積- BET理論[29] 35 3.3.2 孔洞體積與面積- t-plot &αs-plot 40 3.3.3孔徑分佈分析方法 43 第四章 結果與討論 59 4.1 中孔洞二氧化矽分子篩粉體樣品之孔徑分析方法 59 4.2 中孔洞二氧化矽粉體的鑑定 64 4.3 孔徑分析方法的比較 81 4.4 氪氣吸附與中孔洞二氧化矽薄膜的鑑定 88 4.4.1小表面積樣品的氪氣吸附 88 4.4.2 利用氪氣吸附求得孔徑分佈(Pore size distribution) 89 4.5 金屬嵌入中孔洞分子篩對氣體吸附的影響 102 第五章 結論 105 第六章 參考文獻 108 附錄 111 附錄A 111 附錄B 115 附錄C 118

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