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論文中文名稱:二氧化鈦表面披覆磷灰石之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Preparation and Studies of Apatite Formation on Titanium dioxide [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:材料及資源工程系所
中文姓名:林君鴻
英文姓名:Chun-Hung Lin
研究生學號:90338017
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2005-06-27
論文頁數:89
指導教授中文名:陳適範
口試委員中文名:徐開鴻;唐自標;余煥騰
中文關鍵詞:二氧化鈦銳鈦礦相模擬體液磷灰石核殼結構
英文關鍵詞:TiO2AnatasePseudo- body solutionApatiteCore-Shell
論文中文摘要:本實驗利用二氧化鈦的半導體性質,進行光催化還原反應,使磷灰石披覆在二氧化鈦表面以形成核殼結構。
實驗共分為三個部分:初期比較DH-100、UV-100和自行以溶膠凝膠法合成以銳鈦礦結構為主的二氧化鈦粉體,再將二氧化鈦粉體浸漬在含較高磷酸鈣鹽濃度的模擬體液中,浸漬1日並保持溫度在37℃,並以波長365nm的紫外光照射,之後再改變實驗時的溶液pH值、反應時間、觸媒比例及環境溫度,進行光催化反應,探討變數與披覆效果的關係,並以XRD、FTIR、SEM及EDS觀察及分析核殼層表面結構及組成。
在最佳實驗條件下所得到的磷灰石二氧化鈦結構,粒徑大小約為108nm。
論文英文摘要:The photocatalyic property of titania powder has been investigated.The photocatalytic reaction is based on the semiconductor characteristic of TiO2 to reduce the apatite onto the surface of titania forming the apatite-TiO2 with core-shell structure.
The procedures were divided into three parts.Initially we compared the photocatalytic activity of the commercial TiO2 powders.DH-100 and UV-100 with that synthesized by ourselves using sol-gel method.The major phase of titania is anatase. TiO2 powder were soaked in a pseudo- body solution containing phosphate ions in excess for 1 day at 37℃.The influences of the pH value, reaction time, catalyst amount and temperature on the coating were also explored afterward.The surface structure and composition were characterized by XRD, FTIR, SEM and EDS.
Under optimum conditions,the particle size is probably 108nm.
論文目次:目 錄

中文摘要……………………………………………………………………………..i
英文摘要……………………………………………………………………………..ii
誌謝…………………………………………………………………………………..iii
目錄…………………………………………………………………………………..iv
圖目錄………………………………………………………………………………..vii
表目錄………………………………………………………………………………..x
第一章 緒 論………………………………………………………………………1
1.1前言……………………………………………………………………..1
1.2研究目的………………………………………………………………..2
第二章 文獻回顧……………………………………………………………………3
2.1光觸媒半導體…………………………………………………………....3
2.1.1半導體………………………………………………………….…3
2.1.2半導體費米能階(Fermi level)………………………………...5
2.1.3半導體電荷傳送與能帶彎曲………………………………….…5
2.1.4常見的半導體光觸媒………………………………………….…6
2.1.5光觸媒之光電化學性質……………………………………….…10
2.1.6光化學反應…………………………………………………….…11
2.2光催化反應原理………………………………………………………....12
2.2.1電子能量轉換機制…………………………………………….…13
2.2.2吸收入射光的激發過程……………………………………….…15
2.2.3表面電子轉移途徑……………………………………………….17
2.2.4異相催化反應步驟…………………………………………….…19
2.2.5光催化的金屬還原反應……………………………………….…20
2.2.6能帶平衡時的電化學性質…………………………………….…21
2.3光觸媒TiO2探討…………………………………………………………23
2.3.1影響二氧化鈦光催化反應的因素…………………………….…24
2.3.2二氧化鈦結晶奈米粒子製作………………………………….…25
2.3.3溶膠凝膠法…………………………………………………….…28
2.3.4四氯化鈦於水溶液中之水解縮合行為……………………….…30
2.3.5分電荷理論…………………………………………………….…31
2.3.6水解反應……………………………………………………….…31
2.3.7縮和反應……………………………………………………….…32
2.3.8二氧化鈦表面改質…………………………………………….…34
2.3.9觸媒活性之衰退……………………………………………….…36
2.4氫氧基磷灰石之探討…………………...……………………………...39

第三章 實驗步驟與方法……………………………………………………………44
3.1實驗藥品………………………………………………………………..44
3.2實驗儀器………………………………………………………………..45
3.2.1 XRD……………………………………………………………....45
3.2.2掃描式電子顯微鏡(SEM)分析………………………………….46
3.2.3傅立葉紅外線光譜(FTIR)分析………………………………...47
3.2.4 EDS表面元素分析……………………………………………...48
3.2.5雷射粒度分析儀………………………………………………...48
3.3實驗流程………………………………………………………………..50
3.4實驗方法………………………………………………………………..51
第四章 實驗結果與討論……………………………………………………………52
4.1概述……………………………………………………………………..52
4.2 TiO2光觸媒來源的選擇…………………………………………….…53
4.2.1 DH-100………………………………………………………..…53
4.2.2 UV-100………………………………………………………..…56
4.2.3 Sol-Gel法合成TiO2微粉……………………………………..57
4.2.4粉體效能比較與選擇…………………………………………...64
4.3紫外光波長和浸漬時間的變化與Ca2+還原重量的關係……………...64
4.4模擬體液pH值變化對粒徑大小的影響……………………………….76
4.5模擬體液溫度變化與粒徑大小的關係………………………………..77
4.6二氧化鈦重量的變化與Ca2+還原重量的關係………………………...81
第五章 結 論..………………………………………………………………………85
參考文獻……………………………………………………………………………..86















圖目錄

圖2.1 各物質相之能帶關係圖…………………………………………………….4
圖2.2 n型半導體和含有氧化還原物種的溶液接觸過程圖……………………6
圖2.3 半導體的能帶間隙及價電帶與導電帶在電化學勢能上的相對位置…….9
圖2.4 半導體界面電荷傳送示意圖……………………………………………….10
圖2.5 電子在施體與受體間的轉移機制………………………………………….14
圖2.6 a、b 活化光反應轉移機制………………………………………………...16
圖2.6 c、d 敏化光反應轉移機制………………………………………………...17
圖2.7 電子-電洞對的去激發過程………………………………………………...19
圖2.8 還原金屬的光催化反應過程……………………………………………….21
圖2.9 溶膠凝膠法技術與應用…………………………………………………….30
圖2.10 二氧化鈦之銳鈦礦及金紅石結晶相成核結晶及聚集成長的可能路徑...33
圖2.11 兩粒子間距離對靜電排斥或吸引力的影響……………………………...35
圖2.12 氫氧基磷灰石吸附大腸菌………………………………………………...42
圖2.13 氫氧基磷灰石的產地……………………………………………………...42
圖2.14 氫氧基磷灰石的晶體構造………………………………………………...43
圖3.1 X-射線在結晶面間的繞射示意圖…..…………………………………….45
圖3.2 XRD分析儀…..……………………………………………………………..46
圖3.3 掃描式電子顯微鏡………………………………………………………….47
圖3.4 干涉計示意圖……………………………………………………………….47
圖3.5 雷射粒徑分析儀…………………………………………………………….49
圖3.6 加熱煅燒用爐……………………………………………………………….49
圖4.1 DH-100微粉結晶相分析……………………………………………………54
圖4.2 DH-100乾燥粉體的SEM觀察圖…………………………………………….55
圖4.3 DH-100分散於乙二醇中的SEM觀察圖…………………………………….55
圖4.4 UV-100微粉結晶相分析……………………………………………………56
圖4.5 UV-100乾燥粉體的SEM觀察圖……………………………………………57
圖4.6 煅燒溫度對晶體結構的影響……………………………………………….59
圖4.7 經900℃煅燒後的晶體狀況………………………………………………..60
圖4.8二氧化鈦表面有機物殘留分析……………………………………………..61
圖4.9二氧化鈦成分分析…………………………………………………………..62
圖4.10加熱溫度85℃解膠之二氧化鈦分散狀態………………………………...62
圖4.11加熱溫度85℃解膠之二氧化鈦粒徑分析………………………………...63
圖4.12長波長入射光反應時間與Ca2+還原重量的關係………………………….66
圖4.13短波長入射光反應時間與Ca2+還原重量的關係……………………….....66
圖4.14短波長入射光照射18小時後SEM觀察圖……………………………..…68
圖4.15短波長入射光照射24小時後SEM觀察圖……………………………..…68
圖4.16短波長入射光照射36小時後SEM觀察圖……………………………..…69
圖4.17二氧化鈦粉末浸漬模擬體液24小時後SEM觀察圖………………...…...70
圖4.18二氧化鈦粉末浸漬模擬體液36小時後SEM觀察圖………………...…...70
圖4.19二氧化鈦粉末浸漬模擬體液24小時後SEM觀察圖………………...…...71
圖4.20二氧化鈦粉末浸漬模擬體液36小時後SEM觀察圖………………...…...71
圖4.21二氧化鈦粉末浸漬模擬體液48小時後SEM觀察圖………………...…...72
圖4.22 浸漬時間對粒徑大小的關係………………………………………...……72
圖4.23披覆後磷灰石表面元素分布狀態…………………………………...…….73
圖4.24浸漬時間對披覆狀態結晶相分析圖………………………………...…….74
圖4.25浸漬時間對表面披覆狀態分析圖…………………………………...…….75
圖4.26 pH值對粒徑大小的關係…………………………………………...……...77
圖4.27模擬體液溫度對粒徑大小的關係………………………………...……….79
圖4.28模擬體液溫度50℃的凝團現象………………………………...…………80
圖4.29模擬體液溫度75℃的凝團現象………………………………...…………80
圖4.30二氧化鈦重量與Ca還原重量的關係……………………………………...82
圖4.31二氧化鈦披覆磷灰石後的粒徑分析……………………………………….83























表目錄

表2.1 常見的半導體光觸媒及反應實例…………………………………………8
表2.2 各種氧化劑的氧化電位……………………………………………………22
表2.3 二氧化鈦微粉之製作方法…………………………………………………27
表2.4 人工模擬體液各種類與含量………………………………………………41
表2.5 磷灰石的晶體與物化特性…………………………………………………43
表3.1 實驗藥品種類………………………………………………………………44
表4.1 粉體效能比較………………………………………………………………64
表4.2照光時間和長波長實驗條件整理………………………………………….65
表4.3 照光時間和短波長實驗條件整理…………………………………………65
表4.4 pH值實驗條件整理……………………………………………………….76
表4.5 模擬體液溫度實驗條件整理………………………………………………78
表4.6 二氧化鈦重量實驗條件整理………………………………………………81
論文參考文獻:參考文獻

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