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研究生: 陳駿笙
Chen, Chun Sheng
論文名稱: 光催化奈米結構光觸媒 產生微米氫氣泡
Micro Hydrogen Bubbles Generation by Nano-Photocatalysis
指導教授: 曾繁根
王本誠
口試委員: 薛康琳
陳福榮
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 79
中文關鍵詞: 光催化氫氣氣泡
外文關鍵詞: photocatalysis, hydrogen, bubble
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  • 太陽能是一個無汙染、便宜且能夠永續發展的乾淨能源,然而使用太陽能並非容易,如何使用太陽能變成關鍵的議題。儲存太陽能的方法有許多,其中將其轉換成氫能保存利用是其中一個已經被實際應用的方式。氫能的產生勢必夾帶著如何儲存的問題,目前市面上常見的氫能儲存機制都是需要高壓低溫的環境。
    其中,光觸媒產氫是利用半導體,電子電洞對分離的機制,進行氧化還原反應將溶液還原得到氫氣,而過程中不會產生任何溫室氣體及汙染物。奈米氣泡在近幾年被研究得知能長時間存活,且由Young-Laplace equation可得知越小的氣泡其內壓越大,因此若利用光催化的方式產生氫氣,且氫氣是以奈米氣泡的形式呈現,由奈米氣泡長時間存活理論便能將氫氣有效儲存。
    本研究著重於如何利用光催化產生大量且均勻可脫離表面的微米氫氣泡,由研究可得知若將光觸媒進行表面修飾,使其表面疏水,且在溶液中加入界面活性劑,便能產生尺寸均勻地微米氣泡,並搭配使用超音波震盪,使氫氣泡脫離催化劑試片的表面。


    Sunlight is a non-polluting, inexpensive, and endlessly renewable source of clean energy, however, it can hardly be applied freely in demand. As a result, to store solar energy into another energy forms, such as hydrogen, is a more practical way for real applications. But hydrogen storage is a big problem in hydrogen application. We know that the current hydrogen storage mechanism requires low temperatures and high-pressure conditions. Among them, photocatalytic reactions based on electron-hole pair production in semiconductors can generate hydrogen without any CO2 or other pollution produced. It is well known that nano bubbles can live for a long time. The smaller bubbles have bigger pressure inside by Young-Laplace equation. Therefore we want to integrate hydrogen production and hydrogen storage by photocatalytic to generate nano hydrogen bubbles.
    This research focus on how to generate a large number of uniform hydrogen micron bubbles, and those bubbles can depart from surface. Experimental results demonstrated hydrophobic modified photocatalyst can produce a uniform hydrogen micron bubbles, but which are difficult to depart from surface. To help bubbles from the surface, eventually we set up a the ultrasonication in hydrogen bubbles production system by photocatalytic.

    摘要 i 總目錄 iii 圖目錄 v 表目錄 vii 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2光觸媒簡介 3 1.2.1本多-藤嵨效應(Honda-Fujishima effect)[3] 3 1.2.2光觸媒材料特性 4 1.2.3光催化水分解原理 5 1.2.4二氧化鈦光觸媒特性與製備 6 1.2.5影響光催化速率的因素 10 1.4氫氣儲存方式介紹 14 1.4.1液化氫氣儲存 14 1.4.2壓縮氫氣儲存 14 1.4.3固態氫氣儲存 15 1.5奈米氣泡簡介 16 1.6研究動機與目的 18 第二章 文獻回顧 19 2.1觸媒製備 19 2.2利用甲醇產氫方式 21 2.3甲醇產氫機制 23 2.4氣泡移除文獻 26 2.5界面活性劑對氣泡之影響 27 第三章 實驗設計與規劃 30 3.1實驗規劃 30 3.2光觸媒試片製備 31 3.2.1製程方法 31 3.2.2結構鑑定及分析 33 3.3氫氣泡產生及觀測機制 36 3.3.1硼烷氨產氫 36 3.3.2光催化產氫 37 3.3.3氣泡生命週期分析 38 3.3.4氣泡脫離機制 39 3.4調控氣泡脫離之可變因素 43 3.4.1界面活性劑製備 43 3.4.2表面親疏水改質 44 3.4.3超音波震盪脫離 46 3.5實驗耗材與儀器 46 3.5.1實驗耗材 46 3.5.2實驗儀器 48 第四章 結果與討論 50 4.1光觸媒結構形貌 50 4.1.1SEM拍攝 50 4.1.2EDS材料分析 58 4.2光觸媒電化學測試 61 4.3光催化產氫氣泡之生命週期分析 64 4.4氣泡脫離之控制 68 4.4.1添加界面活性劑 68 4.4.2表面改質對光催化產氫氣泡之影響 69 4.4.3利用超音波震盪使氣泡快速脫離表面 71 第五章 結論 73 第六章 未來工作 74 第七章 文獻回顧 75

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