臺灣博碩士論文加值系統

摘要

　　鉭酸鹽類(NaTaO3、KTaO3)的氧化物在紫外光的照射下，不需負載共觸媒就能有良好的分解水成氫氣和氧氣的能力。本實驗希望以與元素鉭同一族的元素鈮在相同的條件下製備鈮酸鹽類(NaNbO3、KNbO3)的氧化物並研究其光觸媒的催化效果。
　　如果使用固態燒結法的方式去製備含有鈉或是鉀的鹽類氧化物，在相對高溫(1100℃)的情形下進行燒結反應時都會造成鈉或是鉀的揮發，使得粉末反應不完全，無法得到結晶性較好的氧化物。適度的提高反應過程中鈉或是鉀的含量(1.05mole)能有效降低揮發所造成的影響。
　　通入氨氣進行滲氮處理對於四種氧化物都能改變其吸收光的範圍，使其更偏向可見光，但是並不完全都能提高光催化的效果。使用氨氣做為反應氣體滲氮後的NaTaO3光催化能力下降，對於KTaO3低於850℃、NaNbO3低於500℃、KNbO3低於550℃的溫度下使用紫外光照射能夠得到較好的光催化效果。
　　未經

Abstract

Tantalum alkoxides (ex: NaTaO3, KTaO3) were prepared and decomposed of pure water into H2 and O2 without co-catalysts by illuminated UV light . In this study, we reported and prepared the similar niobium alkoxides (NaNbO3, KNbO3) as a new series of active photocatalytic materials.

The tantalate and niobate pyrochlores were prepared by a solid state reaction with sodium or potassium hydroxide. The relative high sintering temperature (1100 oC) will caused sodium or potassium volatilization and generated the powder reaction incompletely. It will be strongly influence the crystallinity of photocatalysts oxides. Appropriate improvement the content ratio (1.05mole) of the sodium or potassium in the mixed compounds will be decreased the volatilization and enhanced the photocatalysis efficiency.

The absorption wavelength range of tantalite and niobate pyrochlores by doped nitrogen will red shift to near visible light, but can not remarkable improvement the photocatalysis activity. When the oxides doped nitrogen by use ammonia gas under various reaction temperatures KTaO3 at 850 oC, NaNbO3 at 500 oC and KNbO3 at 550oC, respectively. The photocatalysis activity will be enhanced under ultraviolet light irradiation.

In the recycle test, the photocatalysis activity of alkaline earth tantalates and niobates will be decrease with the cycle times.

目錄

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章、 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究目的 2
第二章、 理論基礎 4
2.1光觸媒 4
2.1.1 簡介 4
2.1.2 光觸媒的應用 5
2.1.3 技術瓶頸 8
2.2光觸媒機制 9
2.3文獻回顧 11
2.4燒結原理 13
第三章、 實驗方法與裝置 19
3.1實驗藥品與設備 19
3.2粉末的製備 20
3.3氧化物的滲氮 23
3.4粉末的物理與化學性質分析 24
3.4.1 XRD分析 23
3.4.2 UV-Visible光譜分析 24
3.4.3 BET比表面積分析 26
3.4.4 掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 28
3.5亞甲基藍降解實驗 28
3.5.1 光觸媒反應器 29
3.5.2 亞甲基藍降解實驗步驟 31
第四章、 結果與討論 33
4.1鉭酸鹽與鈮酸鹽類粉末 33
4.1.1 XRD分析 33
4.1.2 UV-visible分析 37
4.1.3 掃瞄式電子顯微鏡(SEM)分析 41
4.1.4 比表面積分析 45
4.1.5亞甲基藍降解實驗分析 45
4.2不同反應氣體對滲氮製程的影響 50
4.3不同反應溫度對滲氮製程的影響 55
4.3.1 NaTaO3經氨氣反應後的實驗結果 55
4.3.2 KTaO3經氨氣反應後的實驗結果 59
4.3.3 NaNbO3經氨氣反應後的實驗結果 63
4.3.4 KNbO3經氨氣反應後的實驗結果 67
4.4光觸媒的二次反應 71
第五章、 結論 73
參考文獻 76

圖目錄

圖2.1　一些半導體物質的能隙分佈 6
圖2.2　半導體粒子在電子被激發後的主要過程概圖 10
圖2.3　ATaO3的能隙結構(A=Li, Na, K) 12
圖2.4　TiO2-xNx與TiO2的吸收光譜 13
圖2.5　Ta2O5與TaON的吸收光譜 13
圖2.6　在固態燒結中，晶粒及孔隙在各燒結階段的變化 15
圖2.7　固態燒結過程中，物質傳輸的六種擴散路徑 18
圖3.1　粉末製備流程圖 22
圖3.2　氙氣燈光譜 30
圖3.3　UV-A光譜 30
圖3.4　UV-B光譜 31
圖4.1　NaTaO3不同比例的XRD分析比較 35
圖4.2　KTaO3不同比例的XRD分析比較 35
圖4.3　NaNbO3不同比例的XRD分析比較 36
圖4.4　KNbO3不同比例的XRD分析比較 36
圖4.5　NaTaO3不同比例的UV-Visible吸收光譜 39
圖4.6　KTaO3不同比例的UV-Visible吸收光譜 39
圖4.7　NaNbO3不同比例的UV-Visible吸收光譜 40
圖4.8　KNbO3不同比例的UV-Visible吸收光譜 40
圖4.9　NaTaO3不同比例的SEM分析 43
圖4.10　KTaO3不同比例的SEM分析 43
圖4.11　NaNbO3不同比例的SEM分析 44
圖4.12　KNbO3不同比例的SEM分析 44
圖4.13　NaTaO3不同比例的亞甲基藍降解率 48
圖4.14　KTaO3不同比例的亞甲基藍降解率 48
圖4.15　NaNbO3不同比例的亞甲基藍降解率 49
圖4.16　KNbO3不同比例的亞甲基藍降解率 49
圖4.17　NaTaO3在不同氣體下反應後的UV-Visible吸收光譜比較 51
圖4.18　KTaO3在不同氣體下反應後的UV-Visible吸收光譜比較 52
圖4.19　NaNbO3在不同氣體下反應後的UV-Visible吸收光譜比較 52
圖4.20　KNbO3在不同氣體下反應後的UV-Visible吸收光譜比較 53
圖4.21　NaNbO3經氨氣處理前後的XRD分析圖形比較 54
圖4.22　不同反應溫度下NaTaO3的XRD分析 56
圖4.23　不同反應溫度下NaTaO3的吸收光譜 57
圖4.24　不同反應溫度下NaTaO3的降解率比較 59
圖4.25　不同反應溫度下KTaO3的XRD分析 60
圖4.26　不同反應溫度下KTaO3的吸收光譜 61
圖4.27　不同反應溫度下KTaO3的降解率比較 61
圖4.28　不同反應溫度下NaNbO3的XRD分析 63
圖4.29　不同反應溫度下NaNbO3的吸收光譜 65
圖4.30　不同反應溫度下NaNbO3的降解率比較(UV-A) 65
圖4.31　不同反應溫度下NaNbO3的降解率比較(Xenon) 66
圖4.32　不同反應溫度下KNbO3的XRD分析 67
圖4.33　不同反應溫度下KNbO3的吸收光譜 69
圖4.34　不同反應溫度下KNbO3的降解率比較(UV-A) 69
圖4.35　不同反應溫度下KNbO3的降解率比較(Xenon) 70
圖4.36　NaNbO3二次反應降解率 72
圖4.37　KNbO3二次反應降解率 72

表目錄

表2.1　光觸媒的應用範圍 7
表2.2　光觸媒於民生用品的應用 7
表2.3　鉭酸鹽類藉由光觸媒分解水的效果 12
表2.4　燒結過程之各階段及可能產生現象 16
表2.5　燒結過程中原子的不同傳送途徑 18
表3.1　亞甲基藍的性質 29
表4.1　各種成份不同比例的光吸收值整理 38
表4.2　各種成份不同比例的比表面積整理 45
表4.3　各種成份不同比例的降解速率整理 47
表4.4　氮原子與氧原子大小比較 54
表4.5　不同反應溫度的NaTaO3降解速率 58
表4.6　不同反應溫度的KTaO3降解速率 62
表4.7　紫外燈照射下不同反應溫度的NaNbO3降解速率 66
表4.8　氙氣燈照射下不同反應溫度的NaNbO3降解速率 67
表4.9　紫外燈照射下不同反應溫度的KNbO3降解速率 68
表4.10　氙氣燈照射下不同反應溫度的KNbO3降解速率 70

參考文獻

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