成功大學博碩士論文系統

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	何佳勳 Ho, Chia-Hsun
論文名稱：	乙醇酸和乙醛酸在二氧化鈦粉末表面上的吸附與反應 Adsorption and Reactions of Glycolic Acid and Glyoxylic Acid on Powdered TiO2
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：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	88
中文關鍵詞：	乙醇酸、乙醛酸、二氧化鈦
外文關鍵詞：	tio2, glycolic acid, glyoxylic acid
相關次數：	點閱：61 下載：1
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

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

本篇論文是在真空系統中，利用傅氏轉換紅外光譜儀(FTIR)研究乙醇酸和乙醛酸在二氧化鈦粉末表面上的吸附與反應。
乙醇酸可以分子性(不解離)或是以醇和酸官能基分解性的吸附在TiO2表面，加熱至150 oC時會在表面形成內酯結構。熱反應產物為CO(a)、CO2(a)、CO3(a)、HCOO(a) 和CH3O(a)。有氧和無氧下的光反應產物為CO2(a)、CO3(a)、HCO3(a) 和HCOO(a)，CO2大部分來自於乙醇酸分子本身的直接分解。O2的存在有利於乙醇酸的熱分解和光分解反應的進行。
乙醛酸可以分子性(不解離)或是以酸官能基分解性的吸附在TiO2表面，也可能透過醛基的O原子的孤對電子與表面的Ti離子作用而吸附。乙醛酸/ TiO2加熱至125 oC時也會在表面形成內酯結構。熱反應產物為CO(a)、CO2(a)、CO3(a)、HCOO(a) 和CH3O(a)。有氧下乙醛酸光分解產物為CO2(a)、CO3(a)、HCO3(a) 和HCOO(a)，無氧下則多出現了CO(a)的產物。光反應產生的CO2大部分來自於乙醛酸分子本身的直接分解。O2的存在有利於乙醇酸的熱分解和光分解反應的進行。
乙醇酸和乙醛酸在TiO2表面的熱分解和光分解可能的反應途徑也在本篇論文中有所討論。

Fourier-transform infrared spectroscopy has been employed to investigate the adsorption and reactions of glycolic acid and glyoxylic acid on powdered TiO2.
Glycolic acid is adsorbed molecularly or dissociatively by the decomposition of its carboxylic or hydroxyl group. When heated to 150 oC, the adsorbed glycolic acid forms a lactone-like structure on the surface. The products of thermal decomposition includ CO(a), CO2(a), CO3(a), CH3O(a) and HCOO(a). UV irradiation of TiO2 with adsorbed glycolic acid generates CO2(a), CO3(a), and HCOO(a). The CO2 produced is directly from the decomposition of the carboxylic group of glycolic acid itself. The reactivity of glycolic acid is enhanced in the presence of O2.
Glyoxylic acid can be adsorbed on the TiO2 surface molecularly, through the interaction of the carboxylic group or aldehyde group with Lewis-acid surface sites. When the glyoxylic acid is heated to 125 oC, it forms a lactone-like structure on the surface. The products of thermal decomposition includ CO(a)、CO2(a)、CO3(a)、HCOO(a) and CH3O(a). Glyoxylic acid on TiO2 decomposes to form CO2(a), CO3(a), HCO3(a), and HCOO(a) under photoirradiation in the presence of O2. However, in the absence of O2, CO(a) is also generated. The presence of O2 accelerates the thermal and photo decomposition of glyoxylic acid. Possible reaction mechanisms for both the compounds are discussed.

第一章 緒論……………………………………………………………1
1-1  前言………………………………………………………………1
1-2  光催化……………………………………………………………1
1-3  電荷載子捕捉……………………………………………………3
  1-4  TiO2的光催化…………………………………………………3
1-5  TiO2晶體結構 …………………………………………………7
1-6  TiO2光催化反應的發展…………………………………………8
1-7  乙醇酸和乙醛酸的應用以及研究動機…………………………10

第二章 實驗系統及實驗方法………………………………………13
2-1  實驗系統概述……………………………………………………13
2-1-1 儀器……………………………………………………………14
2-1-2 藥品……………………………………………………………15
2-2  傅氏轉換紅外線光譜系統………………………………………16
2-2-1 光源……………………………………………………………16
2-2-2 偵檢器…………………………………………………………16
2-3  汞燈系統(Mercury lamp system)…………………………………17
2-4  真空系統…………………………………………………………17
2-4-1 紅外光譜樣品槽(IR cell)的設計……………………………18
2-5  二氧化鈦/鎢網(TiO2/W)的製備…………………………………21
2-5-1  TiO2/W的製備……………………………………………21
2-5-2  TiO2/W在紅外光譜樣品槽(IR cell)的擺放位向………21
2-5-3  TiO2/W的前處理…………………………………………22
2-6  藥品的前處理…………………………………………………23

第三章 結果與討論………………………………………………24
3-1  乙醇酸…………………………………………………………24
3-1-1  乙醇酸的吸附和熱反應研究……………………………24
3-1-2  乙醇酸在密閉系統中的熱反應研究……………………32
3-1-3  乙醇酸在有氧密閉系統的熱反應研究…………………33
3-1-4  乙醇酸/ TiO2的有氧光反應及熱對照……………………36
3-1-5  密閉系統中乙醇酸/ TiO2光反應………………………39
3-1-6  乙醇酸/TiO2的光分解路徑……………………………40
3-2  乙醛酸…………………………………………………………44
3-2-1  乙醛酸的吸附和熱反應研究……………………………44
3-2-2  乙醛酸密閉系統中的熱反應研究………………………49
3-2-3  乙醛酸在有氧密閉系統中的熱反應研究………………51
3-2-4  乙醛酸/ TiO2的有氧光反應及熱對照……………………53
3-2-5  密閉系統中乙醛酸/ TiO2光反應…………………………55
3-2-6  乙醛酸/TiO2的光分解路徑…………………………………55

第四章  結論......................................................................................81
  4-1  乙醇酸在TiO2表面上的吸附與反應………………………81
  4-2  乙醛酸在TiO2表面上的吸附與反應………………………81

參考文獻.......................................................................................83
圖1-1  光催化反應中兩種光激發的類型……………………………3
圖1-2  電子和電洞去激發的途徑…………………………………6
圖1-3  TiO2結構圖……………………………………………………8
圖1-4  TiO2能帶間隙與太陽光波長重疊示意圖…………………9
圖2-1  實驗系統架構簡圖…………………………………………13
圖2-2  耐高溫不銹鋼IR cell的設計………………………………20
圖2-3  TiO2/W擺放的位向…………………………………………22
圖3-1  乙醇酸吸附之IR吸收光譜圖……………………………58
圖3-2  乙醇酸隨溫度改變的IR吸收相減光譜圖………………59
圖3-3  乙醇酸密閉系統下加熱之IR吸收光譜圖………………60
圖3-4  乙醇酸在16O2下加熱之IR吸收光譜圖…………………61
圖3-5  乙醇酸在18O2下加熱之IR吸收光譜圖…………………62
圖3-6  乙醇酸在16O2或18O2下加熱IR光譜圖之比較…………63
圖3-7  乙醇酸在16O2下光反應之IR吸收光譜圖………………64
圖3-8  乙醇酸照光後抽真空和真空下加熱之IR吸收光譜圖…65
圖3-9  乙醇酸在16O2 和18O2下光反應之比較………………66
圖3-10 乙醇酸有氧熱對照之IR吸收光譜圖...................................67
圖3-11 乙醇酸密閉系統中光反應之IR吸收光譜圖.......................68
圖3-12 乙醛酸吸附之IR吸收光譜圖……………………………69
圖3-13 乙醛酸密閉系統下加熱之IR吸收光譜圖……………70
圖3-14 乙醛酸在16O2下加熱之IR吸收光譜圖………………71
圖3-15 乙醛酸在18O2下加熱之IR吸收光譜圖………………72
圖3-16乙醛酸在16O2下光反應之IR吸收光譜圖………………73
圖3-17乙醛酸照光後抽真空和真空下加熱之IR吸收光譜圖…74
圖3-18乙醛酸在16O2 和18O2條件下光反應之比較……………75
圖3-19乙醛酸有氧熱對照之IR吸收光譜圖.................................76
圖3-20乙醛酸密閉系統中光反應之IR吸收光譜圖.....................77
表3-1 乙醇酸的IR振動頻率比較..................................................78
表3-2 乙酸根金屬錯合物CO振動頻率及與金屬離子的配位方式
..............................................................................................26
表3-3 內酯類分子的結構和紅外吸收頻率....................................29
表3-4 乙醛酸的IR振動頻率比較..................................................80
Scheme 3-1乙醇酸在TiO2表面可能的吸附方式...........................25
Scheme 3-2氣相乙醇酸熱分解可能的反應路徑............................33
Scheme 3-3乙醇酸在TiO2表面上可能的熱反應路徑...................35
Scheme 3-4乙醛酸在TiO2表面可能的吸附方式...........................45
Scheme 3-5 乙醛酸在TiO2表面上可能的熱反應路徑..................52
                                    

1. A. Fujishima, and K. Honda, Nature 37, 238, 1972.
2. A. M. Fox, and M. T. Dulay, Chem Rev. 93, 341, 1993.
3. I. K. Konstantinou, and T. A. Albanis, Appl. Catal. B 42, 319, 2003.
4. A. Hagfeldt, and M. Grätzel, Chem. Rev. 95, 49, 1995.
5. W. Wu, J. M. Herrman, and P. Pichat, Catal. 3, 73, 1989.
6. S. N. Franks, and A. J. Bard, J. Phys. Chem. 81, 1484, 1977.
7. J. K. Leland, and A. J. Bard, J. Phys. Chem. 91, 5076, 1987.
8. A. L. Linsebigler, G. Lu, and J. T. Yates, Jr., Chem. Rev. 95, 735, 1995.
9. T. Wu, G. Liu, J. Zhao, H. Hidaka, and N. Serpone, J. Phys. Chem. B 102, 5845, 1998.
10. C. Fotiadis, N. P. Xekoukoulotakis, and D. Mantzavinos, Catalysis Today. 124, 247, 2007.
11. F. B. Marquié, U. Wilkenhöner, V. Simonb, A. M. Braunc, E. Oliveros, and M. T. Maurette, Photochem. Photobiol. A 132, 225, 2000.
12. J.-L. Lin, J. Chin. Chem. Soc. 60, 457, 2002.
13. J. K. Burdett, T. Hughbands, J. M. Gordon, J. W. Richardson, Jr., and J. V. Smith, J. Am. Chem. Soc. 109, 3639, 1987.
14. J. Augustynski, Electrochim. Acta 38, 43, 1993.
15. L. Cao, F.-J. Spiess, A. Huang, and S. L. Suib, J. Phys. Chem. B 103, 2912, 1999.
16. K.-C. G. Low, S. R. McEvoy, and R. W. Matthews, Environ. Sci. Technol. 25, 460, 1991.
17. A. Wold, Chem. Mater. 5, 280, 1993.
18. P. W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford University, p997, 1994.
19. J.-J. Yang, D.-X. Li, Q-L. Li, Z.-J. Zhang and H.-Q. Wang, Acta Phys. Chim. Sin. 17, 278, 2001.
20. 田克勝, 王保偉, 許根慧, 天然氣化工. 6, 60, 2006.
21. 潘鶴林, 田恒水, 浙江化工. 31, 22, 2001.
22. B. Wieland, J. P. Lancaster, C. S. Hoaglund, P. Holota, and W. J. Tornquist, Langmuir 12, 2594, 1996.
23. G. N. Ekstrom, and A. J. McQuillan, J. Phys. Chem. B 103, 10562, 1999.
24. 楊尚儒, 碩士論文, 國立成功大學化學研究所 2006。
25. J. Fan and J. T. Yates, Jr., J. Phys. Chem. 98, 10621, 1994.
26. C.-C. Chuang, J.-S. Shiu, and J.-L. Lin, Phys. Chem. Chem. Phys. 2, 2629, 2000.
27. P. Bour, C. N. Tam, J. Sopkova, and F. R. Trouw, J. Chem. Phys. 108, 351, 1998.
28. C. N. Rusu, and J. T. Yates, J. Phys. Chem. B 104, 1729. 2000.
29. L.-F. Liao, W.-C. Wu, C.-Y. Chen, and J.-L. Lin, J. Phys. Chem. B 105, 7678, 2001.
30. L.-F. Liao, C.-F. Lien, and J.-L. Lin, Phys. Chem. Chem. Phys. 3, 3831, 2001.
31. J. E. Tackett, Appl. Spectrosc. 43, 483, 1989.
32. K. Nakamoto, Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds. Wiley & Sons, New York, p 233 ,1986.
33. G. B. Deacon, R. J. Phillips, Coord. Chem. Rev. 33, 227, 1980.
34. G. B. Deacon, F. Huber, R. J. Phillips, Inorg. Chim. Acta Art. Lett. 104, 41, 1985.
35. W.-C. Wu, C.-C. Chuang, and J.-L. Lin, J. Phys. Chem. B 104, 8719, 2000.
36. G. A. M. Hussein, N. Sheppard, M. I. Zaki, and R. B. Fahim, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 87, 2661, 1991.
37. G. Socrates, Infrared and Raman Characteristic Group Frequencies Tables and Charts. Wiley & Sons, New York, 2001.
38. H. K. Hall, Jr., and R. Zbinden, J. Am. Chem. Soc. 80, 6428, 1958.
39. T. Sano, T. Sekine, Z. Wang, K. Soga, I. Takahashi, and T. Masuda, Chem, Commun. 1827, 1997.
40. Y.-T. Woo, J. C. Arcos, M. F. Argus, G. W. Griffin, and K. Nishiyama, Arch. Pharmacol. 299, 283, 1977.
41. F. Coloma, B. Bachiller-Baeza, C. H. Rochester, and J. A Anderson, Phys. Chem. Chem. Phys. 3, 4817, 2001.
42. L.-F. Liao, C.-F. Lien, D.-L. Shieh, M.-T. Chen, and J.-L. Lin, J. Phys. Chem. B, 106, 11240, 2002.
43. G. Chuchani, I. Martin, A. Rotinov, and R. M. Domingues, J. Phys. Org. Chem. 6, 54, 1993.
44. L. R. Domingo, J. Andre´s, V. Moliner, and V. S. Safont, J. Am. Chem. Soc. 119, 6415, 1997.

45. F. Boccuzzi, and A. Chiorino, J. Phys. Chem. 100, 3617, 1996.
46. M. A. Henderson, Surface Science 400, 203, 1998
47. L.-F. Liao, C.-F. Lien, D.-L. Shieh, M.-T. Chen, and J.-L. Lin, J. Phys. Chem. B 106, 11240, 2002.
48. O. I. Micic, Y. Zhang, K. R. Cromack, A. D. Trifunac, and M. C. Thurnauer, J. Phys. Chem. 97, 13284, 1993.
49. H. Harada, T. Ueda, and T. Sakata, J. Phys. Chem. 93, 1542, 1989.
50. T. Sakata, T. Kawai, and K. Hashimoto, J. Phys. Chem. 88, 2344, 1984.
51. I. Dolamic, and T. Bürgi, J. Phys. Chem. B 110, 14898, 2006.
52. C.-C. Chuang, C.-C. Chen, and J.-L. Lin, J. Phys. Chem. B 103, 2439, 1999.
53. R. Gao, J. Stark, D. W. Bahnemann, and J. Rabani, Photochem. Photobiol. A 148, 387, 2002.
54. J. Raskó. And J. Kiss, Appl. Catal. A 287, 252, 2005.
55. J. E. Rekoske, and M. A. Barteau, Langmuir 15, 2061, 1999.
56. H. Idriss, K. S. Kim, and M. A. Barteau, J. Catal. 139, 119, 1993.
57. R. A. Back, and S. Yamamoto, Can. J. Chem. 63, 542, 1985.
58. C.-H. Ao, S.-C. Lee, J.-Z. Yu, and J.-H. Xu, Appl. Catal. B 54, 41, 2004.
59. H. Hollenstein, R. W. Schar, N. Schwizgebel, G. Grassi, and H. H. Gunthard, Spectrochimica Acta. 39, 193, 1983.
60. H. Hollenstein, T.-K. Ha, and H. H. Gunthard, J. Mol. Struct. 146, 289, 1986.
61. D. K. Havey, K. J. Feierabend, and V. Vaida, J. Phys. Chem. A 108, 9069, 2004.
62. G. Fleury, V. Tabacik, J. Mol. Struct. 10, 359, 1971.

校內：立即公開
校外：2007-07-23公開

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文