簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 黃柏榮
Bo-rong Huang
論文名稱: 製備披覆TiO2與Cu2ZnSnS4奈米粒之介孔SiO2複合微球於光觸媒應用
TiO2 and Cu2ZnSnS4 Nanoparticles-coated SiO2 Composite Spheres for the Photocatalytic Application
指導教授: 郭東昊
Dong-hau Kuo
口試委員: 邱智瑋
Chih-wei Chiu
曾靖孋
Jing-li Tseng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 材料科學與工程系
Department of 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: 118
中文關鍵詞: 介孔二氧化矽中空球溶膠凝膠法光觸媒
外文關鍵詞: Mesoporous silica spheres, Hollow spheres, Sol-Gel method, photocatalyst
相關次數: 點閱:395下載:1
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
  • 本研究成功的以溶膠凝膠法製備介孔洞二氧化矽顆粒,接著以鐵氰化鉀作為蝕刻劑,蝕刻二氧化矽顆粒製得中空型態之二氧化矽顆粒;此外,我們以二氧化矽顆粒作為載體,透過溶膠凝膠方式將二氧化鈦披覆於二氧化矽顆粒上製得二氧化矽/二氧化鈦複合顆粒;最後以化學溶液方式將銅鋅錫硫奈米顆粒披覆於二氧化矽/二氧化鈦顆粒上製得二氧化矽/二氧化鈦/銅鋅錫硫複合顆粒。由於中空型態二氧化鈦顆粒製備較繁雜且產率低,因此皆介孔洞二氧化矽顆粒作為載體,進行光催化及吸附實驗。本論文因材料製備的方式的不同分為四個部分。
    第一部分為製備介孔洞二氧化矽顆粒,藉由改變不同CTAB含量可製得粒徑為150 nm至650 nm的二氧化矽顆粒,BET比表面積分析得知,以介孔洞二氧化矽顆粒的比表面積為1300 m2/g。
    第二部分為製備中空型態之介孔洞二氧化矽顆粒,透過鐵氰化鉀作為蝕刻劑,蝕刻二氧化矽奈米顆粒,中空型態之二氧化矽顆粒。
    第三部分為製備二氧化矽/二氧化鈦顆粒,由光催化實驗、紫外/可見光光譜分析、EDS元素分析得知,光催化效率與鈦含量成正比關係。
    第四部分為製備二氧化矽/二氧化鈦/銅鋅錫硫複合顆粒,從吸附實驗及紫外/可見光光譜分析結果得知,摻入少量之二氧化矽/二氧化鈦/銅鋅錫硫複合顆粒於15分鐘內即可將10 ppm 之Acid Black 1染料完全吸附。


    In this research, we successfully prepared the mesoporous silica spheres by sol-gel method. We have used the potassium hexacyanoferrate (K3Fe(CN)6) as etching agent to get mesoporous hollow SiO2 spheres. In addition, the TiO2 nanoparticles were coated on the as-prepared SiO2 spheres as a carrier to prepare SiO2/TiO2 composite spheres by sol-gel method. Further, we also deposited Cu2ZnSnS4 nanocrystals on SiO2/TiO2 composite spheres to form SiO2/TiO2/CZTS composite spheres by chemical solution method.Because it was hard to prepare mesoporous hollow silica spheres and the yield of it was low,we chosen mesoporous silica spheres as carrier to do the photocatalytic and adsorbent experiment. This study can be divided into four parts.
    The first part explained the preparation of different sizes of mesoporous silica spheres. We prepared the SiO2 spheres with different sizes from 150 to 650 nm by using different concentration of CTAB.BET results showed that the active surface area SiO2 spheres was 1300 m2/g.
    The second part demonstrated the preparation of mesoporous hollow SiO2 spheres. The potassium hexacyanoferrate was used to etching SiO2 spheres. We obtained hollow SiO2 spheres as confirmed by TEM.
    The third part explained the coating of TiO2 nanoparticles on SiO2 spheres. The prepared SiO2/TiO2 composite spheres were used for the degradation of AB 1 dye under irradiation of UV. From XRD, UV spectra and EDS result, we can know the SiO2/TiO2 composite spheres with high content of TiO2 nanoparticles had the best photocatalytic activity.
    The final part demonstrated the deposition of Cu2ZnSnS4 nanocrystals on SiO2/TiO2 composite spheres. The prepared CZTS deposited SiO2/TiO2 composite spheres were used for adsorption of AB 1 dye. The SiO2/TiO2/CZTS composite spheres could adsorb 50 mL of 10 ppm of Acid Black 1 dye solution within 15min.

    摘要 I Abstract III 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 XVI 第一章 緒論 1 1-1前言 1 1-2奈米材料 2 1-3奈米材料的效應 4 1-4奈米粒子的製備方式 6 1-5介孔材料簡介 7 1-6界面活性劑概述 8 1-7光觸媒簡介 10 1-8吸附量測及特性鑑定 12 1-8-1 吸附平衡 12 1-8-2 BET原理 12 1-8-3 氮氣吸附/脫附 14 1-8-4 氮氣等溫吸附/脫附曲線 14 第二章 基礎理論與文獻回顧 17 2-1二氧化矽溶膠-凝膠(Sol-Gel)反應原理 17 2-2二氧化鈦之結構 21 2-3二氧化鈦光催化反應機制 23 2-4 影響二氧化鈦光催化速率之因素 24 2-5文獻回顧 27 2-5-1單一分散性之二氧化矽顆粒 27 2-5-2介孔結構之二氧化矽 32 2-5-3不同條件下製備之介孔二氧化矽 35 2-5-4奈米二氧化矽顆粒之應用 47 第三章 實驗方法 68 3-1研究動機與目的 68 3-2實驗藥品 69 3-3實驗設備 70 3-4實驗流程 71 3-4-1 介孔洞SiO2顆粒之合成 73 3-4-2 中空型態之介孔洞SiO2顆粒之合成 75 3-4-3 SiO2/TiO2複合顆粒之合成 77 3-4-4 SiO2/TiO2/CZTS複合顆粒之合成 79 3-4-5光催化實驗 81 3-4-6吸附實驗 84 3-5儀器分析介紹 85 3-5-1表面分析 85 3-5-2結構分析 86 3-5-3光學分析 87 3-5-4熱分析 87 第四章 結果與討論 88 4-1 不同CTAB含量下製備之介孔洞SiO2顆粒 88 4-2 使用K3Fe(CN)6作為蝕刻劑,製備中空型態之介孔SiO2顆粒 94 4-3 Sol-gel法製備SiO2/TiO2複合顆粒 98 4-4 化學合成法製備SiO2/TiO2/CZTS複合顆粒 102 4-5光催化實驗之分析 104 4-6吸附實驗之分析 110 第五章 結論 114 參考文獻 116

    [1]張立德,“奈米材料”,五南圖書出版股份有限公司。
    [2]川合知二原著、林振華編譯、黃廷合校閱,“奈米技術入門”,全華科技圖書股份有限公司。
    [3]包榮宏,“以逆微胞法製備鐵/金核殼型奈米粒子之研究”,南台科技大學電機工程研究所碩士學位論文,(2006)。
    [4]陳葦純,“製備奈米線/聚亞醯胺表面電極其特性之研究 ”,國立台灣科技大學材料科學與工程所碩士學位論文,(2011)。
    [5]李芸,“化學還原法及微乳液法製備零價奈米鐵顆粒、微胞鐵及奈米鐵球”,國立台灣科技大學材料科學與工程所碩士學位論文,(2013)。
    [6]蔡梅雲,“陰-陽離子型界面活性劑模板結合四乙基氧矽合成各種型態之中孔洞氧化矽材料”,國立成功大學化學所碩士在職專班學位論文,(2007)。
    [7]連大成,“W/O型微乳液液滴之電荷分佈量測”,國立中央大學化學工程研究所碩士學位論文,(2001)。
    [8]鄭玫玲,“金、鉑擔載於二氧化鈦上進行光催化甲醇重組產氫之研究”,國立中央大學材料科學與工程研究所碩士學位論文,(2007)。
    [9]安明祥,“吸附性高自由體積粉粒之製備與應用”,國立中央大學化學工程與材料工程研究所碩士學位論文,(2007)。
    [10]劉啟徵,“在銅/中孔洞分子篩觸媒上以NH3還原NO的研究”,國立成功大學化學工程研究所碩士學位論文,(2004)。
    [11]顏妙妤,“以電化學脈衝法沉積觸媒於燃料電池氣體擴散層之研究”,逢甲大學材料科學與化學工程研究所碩士學位論文,(2007)。
    [12]胡毓杰,“利用軟模板與奈米鐵顆粒分別製備SiO2中空球與Fe/SiO2磁性複合中空球”,國立台灣科技大學材料科學與工程所碩士學位論文,(2013)。
    [13]張莉琳,“新型態中孔洞二氧化矽奈米結構的合成與調控”,國立清華大學化學學系碩士論文,(2009)。
    [14]陳貞志,“單一粒徑分佈二氧化矽膠體和銀-二氧化矽核-殼結構奈米粒子的製備及應用”,國立清華大學化學工程學系博士論文,(2007)。
    [15]陳湘婷,“磁性二氧化鈦光溶解現象對光催化反應之影響 ”,國立中央大學環境工程研究所碩士論文,(2009)。
    [16]Stöber, Werner, Arthur Fink, and Ernst Bohn. "Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range." Journal of colloid and interface science 26 (1968) 62-69.
    [17]Zhang, J. H., et al. "Preparation of monodisperse silica particles with controllable size and shape." Journal of materials research 18 (2003) 649-653.
    [18]Yin, Jianbo, Tiansong Deng, and Gengmin Zhang. "Preparation and size control of highly monodisperse vinyl functionalized silica spheres." Applied Surface Science 258 (2012) 1910-1914.
    [19]Kresge, C. T., et al. "Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism." nature 359 (1992) 710-712.
    [20]Zhao, Dongyuan, et al. "Triblock copolymer syntheses of mesoporous silica with periodic 50 to 300 angstrom pores." science 279 (1998) 548-552.
    [21]Zhang, Quan, et al. "Facile one-pot synthesis of PEGylated monodisperse mesoporous silica nanoparticles with controllable particle sizes." Chinese Chemical Letters 25 (2014) 257-260.
    [22]Zong, Jie, et al. "Preparation of monodispersed mesoporous silica spheres with tunable pore size and pore-size effects on adsorption of Au nanoparticles and urease." Materials Science and Engineering: C 31 (2011) 166-172.
    [23]Mukherjee, Indraneil, et al. "Effect of nonsurfactant template content on the particle size and surface area of monodisperse mesoporous silica nanospheres." Microporous and Mesoporous Materials 122 (2009) 168-174.
    [24]Wang, Jin-Gui, et al. "Anionic surfactant-templated mesoporous silica (AMS) nano-spheres with radially oriented mesopores." Journal of colloid and interface science 323 (2008) 332-337.
    [25]Yu, Qiyu, et al. "Anion-Exchange-Driven Disassembly of a SiO2/CTAB Composite Mesophase: the Formation of Hollow Mesoporous Silica Spheres." Inorganic chemistry 51 (2012) 9539-9543.
    [26]Qourzal, S., et al. "Sol–gel synthesis of TiO2/SiO2 photocatalyst for β-naphthol photodegradation." Materials Science and Engineering: C 29.5 (2009): 1616-1620.
    [27]Shen, Zhe-Ying, et al. "Fabrication of hydroxyl group modified monodispersed hybrid silica particles and the h-SiO2/TiO2 core/shell microspheres as high performance photocatalyst for dye degradation." Journal of colloid and interface science 354 (2011) 196-201.
    [28]Wei, Liqiao, et al. "Preparation of Ag/SiO2 powder with light color and antibacterial performance." Powder Technology 253 (2014) 424-428.
    [29]Gu, Guangxin, et al. "Synthesis and antibacterial property of hollow SiO2/Ag nanocomposite spheres." Journal of colloid and interface science 359 (2011) 327-333.
    [30]Liu, Chuang, et al. "Biomimetic Synthesis of TiO2–SiO2–Ag Nanocomposites with Enhanced Visible-Light Photocatalytic Activity." ACS applied materials & interfaces 5 (2013) 3824-3832.
    [31]Zhao, Wei, et al. "Synthesis, characterization, and photocatalytic properties of Ag modified hollow SiO2/TiO2 hybrid microspheres." Applied Catalysis B: Environmental 103 (2011) 181-189.

    QR CODE