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研究生： 李志昇
Li, Jr-Sheng
論文名稱： 含金奈米粒子之一維二氧化鈦材料的製備及催化探討
Fabrication of Gold Nanoparticles on Titanium Dioxide Nanowires and Its Applications in Catalysis
指導教授： 林榮良
Lin, Jong-Liang
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 75
中文關鍵詞： 金 、二氧化鈦 、催化 、一氧化碳
外文關鍵詞： CO, catalysis, gold, titanium dioxide
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    • 摘 要
    1980年代，Haruta博士開始發表了一連串有關低溫氧化一氧化碳的論文，他所用的催化劑為覆載金奈米粒子的二氧化鈦（此二氧化鈦擔體粉末為不規則形狀的顆粒所組成），展現了金奈米粒子在催化上的活性。本篇論文報導二氧化鈦奈米線上覆載金奈米粒子的製備方法，並探討此材料對CO氧化的催化性質。
    我們利用三種方法製備含金奈米粒子的一維二氧化鈦，第一種方法是使用Chen和Kimura二人在1999年所發表的方法，先製備金奈米粒子，再於製備一維二氧化鈦的過程中加入金奈米粒子。第二種方法是分別先製備金奈米粒子和一維二氧化鈦之後，在適當的pH值下，讓金奈米粒子鍵結在二氧化鈦上。第三種方法則是使用Haruta等人在1991年發表的沉積-沉澱法，我們先製備一維二氧化鈦，再於合成金奈米粒子的過程中加入一維二氧化鈦。我們的TEM，XRD，UV-Vis和XPS結果顯示第二種方法可以製備出金奈米粒子大小相似且高覆蓋率的二氧化鈦奈米線。以此材料當催化劑可以在70℃將CO氧化成CO2。但純的二氧化鈦奈米線並沒有此催化效果。我們也討論了Au/TiO2催化CO氧化的反應機構。

    Abstract
    In 1980`s, Dr. Haruta has begun to issue the reports about the oxidation of carbon monoxide at lower temperatures, using gold nanoparticles supported on titanium dioxide with an irregular particle shape. These studies showed the catalytic activity of gold nanoparticles. In the present study, we report the preparation of titanium dioxide nanowires loaded with gold nanoparticles and its catalytic activity toward CO oxidation.
    We used three different methods to fabricate gold nanoparticles supported on one-dimensional TiO2. In the first method, we fabricated gold nanoparticles first and then added the particles into the solutions used for making one-dimensional TiO2, based on the method reported by Chen and Kimura in 1999. In the second method, gold nanoparticles and one-dimensional TiO2 were prepared separately and mixed together at a proper pH value. At last, we used the deposition-precipitation method published by Haruta in 1991. We fabricated one dimensional TiO2 first, and then added it into the solutions for making gold nanoparticles. Our characterization results of TEM, XRD, UV-Vis and XPS showed that gold nanoparticles with a similar size could be firmly distributed on TiO2 nanowires at a high coverage. This material was able to catalyze CO oxidation at 70℃, whereas pure TiO2 nanowires did not have this catalytic activity. The mechanism of CO oxidation of Au/ TiO2 is also discussed in this thesis.

    目錄 第一章 緒論...................................................................1 1.1 研究動機..................................................................1 1.2 金奈米粒子的發展與特性....................................................2 1.3 金奈米粒子覆載於擔體的合成方法............................................4 1.3.1 含浸法(Impregnation)....................................................4 1.3.2 離子交換法(Ion exchange)................................................5 1.3.3 共沉澱法(Coprecipitation)...............................................5 1.3.4 沉積-沉澱法(Deposition-precipitation)...................................6 1.3.5 氣相沉積法(Vapor-phase deposition)......................................6 1.4 二氧化鈦擔體..............................................................7 1.4.1 一維的二氧化鈦..........................................................7 第二章 實驗部分...............................................................9 2.1 實驗藥品............................................................................9 2.2 二氧化鈦合成方法............................................................................9 2.2.1 水浴法製備二氧化鈦奈米線...............................................11 2.2.2 水熱法製備二氧化鈦奈米線...............................................11 2.2.3 水熱法製備二氧化鈦奈米管...............................................12 2.2.4 含金奈米粒子的一維二氧化鈦.............................................13 2.3 催化反應.................................................................18 2.3.1 實驗系統...............................................................19 2.3.2 樣品的製備.............................................................21 2.3.3 樣品的前處理...........................................................22 2.4 產物的鑑定...............................................................23 2.4.1 X-光粉末繞射儀(Powder X-ray Diffraction ; XRD).........................23 2.4.2 紫外-可見光光譜儀(UV-Vis Spectrum).....................................23 2.4.3 X-光光電子能譜儀(X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS)................24 2.4.4 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy; TEM)................24 2.4.5 能量分散光譜儀(Energy Dispersion X-ray Spectrometer ; EDX).............24 第三章 實驗結果與討論........................................................25 3.1 金奈米粒子合成...........................................................25 3.2 覆載有金奈米粒子的一維二氧化鈦（A法）....................................26 3.3 覆載有金奈米粒子的一維二氧化鈦（B法）....................................30 3.3.1 不同pH的比較（使用HCl）................................................30 3.3.2 不同酸的比較（pH=1時）.................................................32 3.3.3 不同鍛燒溫度的比較（使用HCl，pH=1所得的樣品）..........................33 3.4 覆載有金奈米粒子的一維二氧化鈦（C法）....................................36 第四章 一氧化碳的催化探討....................................................63 4.1 純二氧化鈦奈米線.........................................................63 4.2 覆載金奈米粒子的二氧化鈦奈米線...........................................63 第五章 結論..................................................................70 參考文獻.....................................................................72 圖表目錄 圖2.1 合成二氧化鈦粉末合成流程圖..............................................9 圖2.2 水浴法合成二氧化鈦奈米線流程圖.........................................11 圖2.3 水熱法合成二氧化鈦奈米線流程圖.........................................12 圖2.4 水熱法合成二氧化鈦奈米管流程圖.........................................13 圖2.5金奈米粒子的製備流程圖..................................................14 圖2.6 含金奈米粒子的一維二氧化鈦製備流程圖（A法）............................16 圖2.7 含金奈米粒子的一維二氧化鈦製備流程圖（B法）............................17 圖2.8 含金奈米粒子的一維二氧化鈦製備流程圖（C法）............................18 圖2.9 實驗系統架構示意圖.....................................................20 圖2.10 樣品在IR cell中擺放的位向.............................................20 圖2.11 IR cell的構造圖.......................................................21 圖3.12 金奈米粒子之TEM圖.....................................................25 圖3.13 金奈米粒子之EDX圖.....................................................26 圖3.14 覆載有金奈米粒子的一維二氧化鈦XRD圖...................................28 圖3.15 覆載有金奈米粒子的二氧化鈦奈米線（水浴法合成）TEM圖...................29 圖3.16 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線的TEM圖( B法，pH=1 )........................38 圖3.17 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線的TEM圖( B法，pH=3 )........................39 圖3.18 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線的TEM圖( B法，pH=6 )........................40 圖3.19 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線的TEM圖( B法，pH=9 )........................41 圖3.20 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線的TEM圖( B法，pH=12 ).......................42 圖3.21 不同pH值條件下所得到的覆載有金奈米粒子之TiO2奈米線的UV-Vis光譜圖......43 圖3.22 XRD比較圖。 (A) 純TiO2奈米線; (B) 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線(pH=1)....44 圖3.23 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線(pH=1)的XPS圖...............................45 圖3.24 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（pH=1）的XRD圖.............................46 圖3.25 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（pH=1）的UV-Vis光譜圖......................47 圖3.26 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（pH=1）的TEM圖（使用硝酸調整pH值)..........48 圖3.27 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（pH=1）的TEM圖（使用硫酸調整pH值）.........49 圖3.28 圖3.28 純TiO2奈米線於不同溫度鍛燒1小時後所測得的XRD圖.................50 圖3.29 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒不同溫度的XRD圖.......51 圖3.30 XRD比較圖。 （A）純TiO2奈米線未鍛燒; （B）純TiO2奈米線鍛燒400℃; （C）覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒400℃..........................52 圖3.31 XRD比較圖。 （A）純TiO2奈米線未鍛燒; （B）純TiO2奈米線鍛燒500℃; （C）覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒500℃..........................53 圖3.32 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒不同溫度的UV-Vis光譜圖54 圖3.33 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒200℃的TEM圖..........55 圖3.34 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒400℃的TEM圖..........56 圖3.35 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒500℃的TEM圖..........57 圖3.36 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒600℃的TEM圖..........58 圖3.37 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒800℃的TEM圖..........59 圖3.38 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線（鹽酸調整至pH=1）鍛燒400℃的XPS圖..........60 圖3.39 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線的XRD比較圖.................................61 圖3.40 覆載金奈米粒子之TiO2奈米線的TEM圖（C法，使用水浴法製備的TiO2奈米線）..62 圖4.41 CO + O2在純TiO2奈米線上的IR吸收光譜圖（密閉系統）....................65 圖4.42 CO + O2在覆載金奈米粒子的TiO2奈米線上的IR吸收光譜圖（密閉系統）......66 圖4.43 CO在覆載金奈米粒子的二氧化鈦表面上可能的反應機構.....................69 表1.1 銅、銀、金的物理性質....................................................3 表1.2 鉑、金、汞的物理性質....................................................3 表2.3 實驗所用的藥品.........................................................10 表4.4 表4.4 Bicarbonate, carboxylate, carbonate和formate在不同金屬氧化物表面上的IR吸收頻率（cm-1）.........................................................67

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    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2006-06-28公開
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