以氧化鈦奈米管製備混相二氧化鈦光觸媒

Abstract

本研究以水熱法製備氧化鈦奈米管，再將之置於酸溶液中進行相轉變製得anatase及rutile純相或混晶相二氧化鈦光觸媒。兩晶相的比例可藉由改變處理溫度及酸濃度達到有效的調控。製得樣品以X光繞射光譜(XRD)、拉曼光譜(Raman)、高解析穿透式電子顯微鏡(HRTEM)、氮氣等溫吸附脫附、X光吸收光譜(XAS)、擴散反射式紫外線-可見光光譜(UV-vis)、傅立葉轉換紅外線光譜(FT-IR)及原子吸收光譜(AAS)等鑑定分析其結構及組成特性。觸媒的光催化活性以亞甲基藍脫色反應評估。 以水熱法製得的氧化鈦奈米管呈多層管壁(層間距約0.8 nm)及尾端開口，其外徑約8至9 nm，而內徑約4至5 nm。研究結果顯示奈米管在較低的反應溫度時，需要較高的HNO3濃度才能進行相轉換。在特定溫度下，anatase/rutile比值隨酸濃度升高而下降。以HCl或H2SO4處理奈米管的相轉換結果和以相同濃度HNO3處理所得產物極為類似。在稀酸處理中，奈米管結構相轉換成anatase的速率高於相轉換成rutile的速率。相較於氧化鈦奈米管，以溶劑水熱法製得的氧化鈦奈米棒在酸溶液中的相轉換需要較高的處理溫度及酸濃度。 亞甲基藍脫色反應顯示氧化鈦奈米管及奈米棒經酸處理相轉換成anatase及rutile純相或混晶相二氧化鈦後，其光催化活性有顯著的提升。以氧化鈦奈米管為前趨物，經過80 oC 0.05 M 硝酸處理24小時所製得的觸媒具有純anatase晶相及最高表面積(192 m2/g)，在各樣品間表現最佳的光催化活性。