以銀改質陣列式二氧化鈦奈米管結構之製備及其光催化性質研究

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	梁育銓 Liang, Yu-Chuan
論文名稱：	以銀改質陣列式二氧化鈦奈米管結構之製備及其光催化性質研究 The Synthesis and Photocatalysis of Ag-loaded TiO2 Nanotube Arrays
指導教授：	彭宗平 Perng, Tsong-Pyng
口試委員:
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：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	英文
論文頁數：	100
中文關鍵詞：	二氧化鈦奈米管、陽極氧化鋁、原子層鍍膜法、奈米銀、光觸媒
外文關鍵詞：	TiO2 nanotubes, AAO, ALD, silver nanoparticles, photocatalysis
相關次數：	點閱：2 下載：0
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

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

本論文主要係研究以銀改質之陣列式二氧化鈦奈米管及其光催化性質。使用模板法製備陣列式二氧化鈦奈米管，係選擇陽極氧化鋁(anodic aluminium oxide, AAO)當作模板，利用電子槍蒸鍍法在石英基板上鍍製鋁膜，以陽極氧化處理步驟製造出高規則性陽極氧化鋁膜；其次，以原子層鍍膜法(atomic layer deposition, ALD)在AAO模板上鍍製二氧化鈦；再以機械拋光法將覆蓋在AAO頂部之阻障層移除；而後再將AAO模板以氫氧化鈉洗除，所得即為陣列式二氧化鈦奈米管；試樣經由500℃真空退火後浸泡在硝酸銀溶液中，以近紫外光照射將硝酸銀還原成銀奈米顆粒，所得即為以銀改質之陣列式二氧化鈦奈米管。
在材料分析方面，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)配合X光繞射分析儀(XRD)分析製程結構與成長均勻性，觀察到經由二次陽極處理之AAO的孔洞規則性較一次處理佳，利用不同的電壓以及電解液可得到不同的孔洞尺寸，並可藉由陽極處理步驟最後慢慢降電壓至5伏特來移除孔洞底部殘餘的氧化鋁阻障層。而隨著ALD的循環數增加，二氧化鈦的膜厚也增加。利用高解析穿透式電子顯微鏡 (HRTEM) 觀察到二氧化鈦的鍍膜速率接近理論值約0.7 Å/cycle，可能是由於些許化學氣相沉積 (Chemical vapor deposition, CVD) 在AAO孔洞內形成之緣故。使用紫外線/可見光分光光譜儀 (UV-vis spectrometer) 量測試片的吸收光譜，發現吸收光譜在350 nm 附近隨著二氧化鈦增厚而有紅位移的效應。在光降解實驗中，觀察到較長的二氧化鈦奈米管有較好的效率，且隨著厚度增加到20 nm 有最佳的降解效率；而添加銀的奈米顆粒可以有效降低電子電洞對的再結合速率，進而提升光觸媒效率。

摘要
Abstract
Chapter 1        Introduction
1.    Nanostructure and Nanotechnology        1
2.    TiO2 Nanotubes                     2
2.1. Structures                         4
2.2. Synthetic Method                6
A. Hydrothermal method                6
B. Oxidation method                8
C. Template method                   11
2.3. Applications               15
3. Anodic Aluminum Oxide (AAO)           19
3.1. Growth Mechanism of AAO       22
3.2. Applications of AAO                32
4. Atomic Layer Deposition (ALD)               35
4.1. Basic Properties of ALD       35
4.2. Applications of ALD               37
5. Photocatalyst                        40
5.1. Principle                        40
5.2. Improvement Methods               42
A. Narrow the band gap of TiO2           42
B. Depress recombination               43
Chapter 2        Experimental Procedures       46
1. Fabrication of AAO Templates           46
2. Fabrication of TiO2 Nanotubes by ALD       49
3. Silver-Loaded TiO2 Nanotube Arrays       49
4. Analysis and Characterization           50
Chapter 3        Results and Discussion       54
1. Synthesis of AAO Templates                54
1.1. Surface Roughness Effect        54
1.2. Temperature Effect           57
1.3. Two-step Anodization           60
1.4. Pore Widening           64
1.5. Barrier Layer Thinning           64
1.6. Different Pore Sizes of AAO           65
2. TiO2 Nanotube Arrays               70
2.1. ALD of TiO2 on AAO Templates       70
2.2. TiO2 Nanotube Arrays           70
3. UV-vis Absorption Spectra           77
3.1. Cycle Number Effect           77
3.2. Annealing Effect           81
4. Photocatalytic Activity of TiO2           83
Chapter 4        Conclusions           90
Chapter 5        Suggested Future Work       92
References                        93

                                

(1) Xia, Y. N.; Yang, P. D.; Sun, Y. G.; Wu, Y. Y.; Mayers, B.; Gates, B.; Yin, Y. D.; Kim, F.; Yan, Y. Q. Adv. Mater. 2003, 15, 353.
(2) Akimov, A. V.; Mukherjee, A.; Yu, C. L.; Chang, D. E.; Zibrov, A. S.; Hemmer, P. R.; Park, H.; Lukin, M. D. Nature 2007, 450, 402.
(3) Turner, M.; Golovko, V. B.; Vaughan, O. P. H.; Abdulkin, P.; Berenguer-Murcia, A.; Tikhov, M. S.; Johnson, B. F. G.; Lambert, R. M. Nature 2008, 454, 981.
(4) Liu, C.; Wang, C. C.; Kei, C. C.; Hsueh, Y. C.; Perng, T. P. Small 2009, 5, 1535.
(5) Hutter, E.; Fendler, J. H. Adv. Mater. 2004, 16, 1685.
(6) Wilson, W. D. Science 2002, 295, 2103.
(7) Chen, J. Y.; Wiley, B. J.; Xia, Y. N. Langmuir 2007, 23, 4120.
(8) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37.
(9) Iijima, S. Nature 1991, 354, 56.
(10) Chen, X.; Mao, S. S. Chem. Rev. 2007, 107, 2891.
(11) Chen, X. B. Chinese J. Catal. 2009, 30, 839.
(12) Mor, G. K.; Shankar, K.; Paulose, M.; Varghese, O. K.; Grimes, C. A. Nano. Lett. 2006, 6, 215.
(13) Macak, J. M.; Zlamal, M.; Krysa, J.; Schmuki, P. Small 2007, 3, 300.
(14) Linsebigler, A. L.; Lu, G. Q.; Yates, J. T. Chem. Rev. 1995, 95, 735.
(15) Bavykin, D. V.; Friedrich, J. M.; Walsh, F. C. Adv. Mater. 2006, 18, 2807.
(16) Kasuga, T.; Hiramatsu, M.; Hoson, A.; Sekino, T.; Niihara, K. Langmuir 1998, 14, 3160.
(17) Kasuga, T.; Hiramatsu, M.; Hoson, A.; Sekino, T.; Niihara, K. Adv. Mater. 1999, 11, 1307.
(18) Kasuga, T. Thin Solid Films 2006, 496, 141.
(19) Du, G. H.; Chen, Q.; Che, R. C.; Yuan, Z. Y.; Peng, L. M. Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 3702.
(20) Gong, D.; Grimes, C. A.; Varghese, O. K.; Hu, W. C.; Singh, R. S.; Chen, Z.; Dickey, E. C. J. Mater. Res. 2001, 16, 3331.
(21) Mor, G. K.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Shankar, K.; Grimes, C. A. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 2006, 90, 2011.
(22) Shankar, K.; Mor, G. K.; Prakasam, H. E.; Yoriya, S.; Paulose, M.; Varghese, O. K.; Grimes, C. A. Nanotechnology 2007, 18.
(23) Mor, G. K.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Mukherjee, N.; Grimes, C. A. J. Mater. Res. 2003, 18, 2588.
(24) Liu, S. M.; Gan, L. M.; Liu, L. H.; Zhang, W. D.; Zeng, H. C. Chem. Mater. 2002, 14, 1391.
(25) Lee, S.; Jeon, C.; Park, Y. Chem. Mater. 2004, 16, 4292.
(26) Jung, J. H.; Shimizu, T.; Shinkai, S. J. Mater. Chem. 2005, 15, 3979.
(27) Bognitzki, M.; Hou, H. Q.; Ishaque, M.; Frese, T.; Hellwig, M.; Schwarte, C.; Schaper, A.; Wendorff, J. H.; Greiner, A. Adv. Mater. 2000, 12, 637.
(28) Wang, C. C.; Kei, C. C.; Yu, Y. W.; Perng, T. P. Nano. Lett. 2007, 7, 1566.
(29) Sander, M. S.; Cote, M. J.; Gu, W.; Kile, B. M.; Tripp, C. P. Adv. Mater. 2004, 16, 2052.
(30) Gratzel, M. Nature 2001, 414, 338.
(31) Oregan, B.; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737.
(32) Kang, T. S.; Smith, A. P.; Taylor, B. E.; Durstock, M. F. Nano. Lett. 2009, 9, 601.
(33) Feng, X. J.; Shankar, K.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Latempa, T. J.; Grimes, C. A. Nano. Lett. 2008, 8, 3781.
(34) Chen, C. C.; Jehng, W. D.; Li, L. L.; Diau, E. W. G. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, C304.
(35) Varghese, O. K.; Paulose, M.; LaTempa, T. J.; Grimes, C. A. Nano. Lett. 2009, 9, 731.
(36) Gu, G. H.; Suh, J. S. Langmuir 2008, 24, 8934.
(37) Sauer, G.; Brehm, G.; Schneider, S.; Nielsch, K.; Wehrspohn, R. B.; Choi, J.; Hofmeister, H.; Gosele, U. J. Appl. Phys. 2002, 91, 3243.
(38) Sander, M. S.; Prieto, A. L.; Gronsky, R.; Sands, T.; Stacy, A. M. Adv. Mater. 2002, 14, 665.
(39) Qu, L. T.; Shi, G. Q.; Wu, X. F.; Fan, B. Adv. Mater. 2004, 16, 1200.
(40) Nielsch, K.; Muller, F.; Li, A. P.; Gosele, U. Adv. Mater. 2000, 12, 582.
(41) Osulliva.Jp; Wood, G. C. Proc. R. Soc. Lon. Ser.-A 1970, 317, 511.
(42) Sui, Y. C.; Cui, B. Z.; Martinez, L.; Perez, R.; Sellmyer, D. J. Thin Solid Films 2002, 406, 64.
(43) Li, A. P.; Muller, F.; Birner, A.; Nielsch, K.; Gosele, U. J. Appl. Phys. 1998, 84, 6023.
(44) Foong, T. R. B.; Shen, Y. D.; Hu, X.; Sellinger, A. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1390.
(45) Tan, L. K.; Kumar, M. K.; An, W. W.; Gao, H. Acs. Appl. Mater. Inter. 2010, 2, 498.
(46) Kemell, M.; Pore, V.; Tupala, J.; Ritala, M.; Leskela, M. Chem. Mater. 2007, 19, 1816.
(47) Thompson, G. E. Thin Solid Films 1997, 297, 192.
(48) Jessensky, O.; Muller, F.; Gosele, U. Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 1173.
(49) Li, F. Y.; Zhang, L.; Metzger, R. M. Chem. Mater. 1998, 10, 2470.
(50) Shingubara, S.; Okino, O.; Sayama, Y.; Sakaue, H.; Takahagi, T. Jpn. J. Appl. Phys. 1 1997, 36, 7791.
(51) Thamida, S. K.; Chang, H. C. Chaos 2002, 12, 240.
(52) Jung, Y. W.; Byun, J. S.; Woo, D. H.; Kim, Y. D. Thin Solid Films 2009, 517, 3726.
(53) Mizeikis, V.; Mikulskas, I.; Tomasiunas, R.; Juodkazis, S.; Matsuo, S.; Misawa, H. Jpn. J. Appl. Phys. 1 2004, 43, 3643.
(54) Li, R.; Banerjee, A.; Grebel, H. Opt. Express 2009, 17, 1622.
(55) Chutinan, A.; Okano, M.; Noda, S. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 1698.
(56) Kawashima, T.; Miura, K.; Sato, T.; Kawakami, S. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 2613.
(57) Masuda, H.; Fukuda, K. Science 1995, 268, 1466.
(58) Masuda, H.; Yamada, H.; Satoh, M.; Asoh, H.; Nakao, M.; Tamamura, T. Appl. Phys. Lett. 1997, 71, 2770.
(59) Suntola, T.; Hyvarinen, J. Annu. Rev. Mater. Sci. 1985, 15, 177.
(60) Knez, M.; Niesch, K.; Niinisto, L. Adv. Mater. 2007, 19, 3425.
(61) Puurunen, R. L. J. Appl. Phys. 2005, 97.
(62) Kim, H.; Lee, H. B. R.; Maeng, W. J. Thin Solid Films 2009, 517, 2563.
(63) Macak, J. M.; Tsuchiya, H.; Ghicov, A.; Yasuda, K.; Hahn, R.; Bauer, S.; Schmuki, P. Curr. Opin. Solid. St. M. 2007, 11, 3.
(64) Asahi, R.; Morikawa, T.; Ohwaki, T.; Aoki, K.; Taga, Y. Science 2001, 293, 269.
(65) Ghicov, A.; Macak, J. M.; Tsuchiya, H.; Kunze, J.; Haeublein, V.; Frey, L.; Schmuki, P. Nano. Lett. 2006, 6, 1080.
(66) Hahn, R.; Ghicov, A.; Salonen, J.; Lehto, V. P.; Schmuki, P. Nanotechnology 2007, 18.
(67) Zhao, H. M.; Chen, Y.; Quan, X.; Ruan, X. L. Chinese Sci. Bull. 2007, 52, 1456.
(68) Choi, W. Y.; Termin, A.; Hoffmann, M. R. J. Phys. Chem.-Us 1994, 98, 13669.
(69) Sato, S.; White, J. M. Chem. Phys. Lett. 1980, 72, 83.
(70) Paramasivalm, I.; Macak, J. M.; Schmuki, P. Electrochem. Commun. 2008, 10, 71.
(71) Li, H. B.; Duan, X. C.; Liu, G. C.; Liu, X. Q. J. Mater. Sci. 2008, 43, 1669.
(72) Seery, M. K.; George, R.; Floris, P.; Pillai, S. C. J. Photoch. Photobio. A 2007, 189, 258.
(73) Sun, L.; Li, J.; Wang, C. L.; Li, S. F.; Lai, Y. K.; Chen, H. B.; Lin, C. J. J. Hazard Mater. 2009, 171, 1045.
(74) Liu, S. X.; Qu, Z. P.; Han, X. W.; Sun, C. L. Catal. Today 2004, 93-95, 877.
(75) Tomas, S. A.; Luna-Resendis, A.; Cortes-Cuautli, L. C.; Jacinto, D. Thin Solid Films 2009, 518, 1337.
(76) Coleman, H. M.; Marquis, C. P.; Scott, J. A.; Chin, S. S.; Amal, R. Chem. Eng. J. 2005, 113, 55.
(77) Monticone, S.; Tufeu, R.; Kanaev, A. V.; Scolan, E.; Sanchez, C. Appl. Surf. Sci. 2000, 162, 565.
(78) Serpone, N.; Lawless, D.; Khairutdinov, R. J. Phys. Chem.-Us 1995, 99, 16646.
(79) Yu, J. G.; Yu, H. G.; Cheng, B.; Zhao, X. J.; Yu, J. C.; Ho, W. K. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 13871.
(80) Kim, G. M.; Lee, S. M.; Michler, G. H.; Roggendorf, H.; Gosele, U.; Knez, M. Chem. Mater. 2008, 20, 3085.
(81) Yang, H. G.; Sun, C. H.; Qiao, S. Z.; Zou, J.; Liu, G.; Smith, S. C.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. Nature 2008, 453, 638.

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)

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文