以氟、碘、氮結合二氧化鈦光觸媒 提高可見光吸收之研究

Abstract

近年來光觸媒已經廣泛應用於太陽能轉換和環境應用的研究，然而改質二氧化鈦(Titanium dioxide, TiO2)以增加可見光吸收區域成為重要話題，故本研究利用氟(Fluorine)、碘 (Iodine)、氮(Nitrogen)改質TiO2之目的為達到減少貴金屬之使用並提高可見光吸收之研究。 本研究以溶膠凝膠法製備二氧化鈦，添加少量之不同元素(F、I、N)進行改質，並且比較TiO2、F-TiO2、I-TiO2、FN-TiO2、IN-TiO2、FNI-TiO2、INF-TiO2改質觸媒之吸光度，並針對亞甲基藍(Methylene blue)濃度降解以及礦化率進行效果評估試驗。 研究結果顯示添加F、I、N確實能提升可見光吸收範圍，在X射線繞射分析儀(XRD)分析方面，確認本研究所用之觸媒具有高度光催化活性的銳鈦礦(Anatase)。在經由掃瞄式電子顯微鏡(SEM)之結果顯示添加F、I、N能夠增加二氧化鈦表面凹孔，進而使比表面積(BET)增加，此外在氙燈濾光後之可見光，其降解效率可達98%以上，並以最佳條件降解五氯酚可達70%，此外對五氯酚於氙燈濾光後之可見光，分析光照降解後的毒性，隨著光照時間的增加，毒性便會降低，而Cl-產量隨著光照時間的增加而增加，而五氯酚濃度相對隨光照時間增加而降低，其中主要的原因可能是F、I、N原子因高溫鍛燒進入二氧化鈦晶格中，取代氧原子進行置換，因而縮小能階，使得吸收強度增加。當以F、I、N共摻雜於二氧化鈦上時，其光催化活性較能發揮至最大且增加可見光之吸收，未來搭配可見光燈源時相對亦較符合經濟效益。