NSC95-EPA-Z-007-001

由 上 述 反 應 式 , 可 將 電 子 和 電 洞 的 反 應 速 率 表 示 如 下 :
−
d[
e ]
−
− +
= −ke [ e ] − kr[
e ][ h ] + g ……………(13) 電 子 的 反 應 速 率 式
dt
+
d[
h ]
+
− +
= −kh [ h ] − kr[
e ][ h ] + g ……………(14) 電 洞 的 反 應 速 率 式
dt
k e
我 們 定 義 Φ e
為 電 子 轉 移 的 量 子 產 率 , 可 表 示 為 : e
[ − ]
Φ
e
= , 與 光 源 的 強 度 有 關 。
g
引 入 steady-state approximation 解 微 分 方 程 式 , 將 (13)(14) 式 重 新 整 理 , 可 得 (15) 式 如 下 :
1− Φ
Φ
e
e
=
k
k
r
ek h
g ……………………………....(15)
當 電 子 轉 移 的 量 子 產 率
(
e
Φ ) 很 低 時 , 電 子 - 電 洞 對 再 結 合 反 應 的 影 響 相 對 變 大 , 此
k kh
時 (8) 式 可 簡 化 成 : ( e
− khg
Φ
e
= ) , 或 [ e ] = ( ) , 這 表 示 光 生 電 子 的 量 與 光 源 強 度 的
k g
k k
平 方 根 成 正 比 。
r
因 為 這 個 問 題 , 許 多 研 究 , 特 別 是 可 見 光 的 能 量 轉 換 系 統 , 仍 停 留 在 使 用 昂 貴 的 犧
牲 劑 , 作 為 授 與 電 子 或 捕 捉 電 子 , 以 避 免 電 荷 再 結 合 。 所 以 一 個 有 效 的 光 觸 媒 至 少 應 具
備 兩 項 特 性 : 一 為 容 易 產 生 電 子 電 洞 對 , 此 意 味 著 僅 需 較 低 能 量 的 光 源 , 即 能 驅 動 整 個
光 催 化 反 應 ; 二 為 激 發 的 電 子 能 有 效 的 分 離 , 不 易 與 電 洞 再 重 新 結 合 。
另 外 , 選 擇 將 CO 2 反 應 生 成 尿 素 , 需 要 16 個 電 子 的 參 與 , 以 反 應 動 力 學 的 角 度 來 看 ,
要 在 光 觸 媒 表 面 收 集 到 足 夠 的 電 子 與 CO 2進 行 反 應 , 其 機 率 偏 低 , 再 加 上 CO 2在 水 中 的
溶 解 度 不 高 , 以 及 氧 分 子 自 由 基 的 干 擾 , 更 使 得 尿 素 等 分 子 量 較 高 的 有 機 物 不 容 易 生 成 。
5-4 結 論 與 建 議
本 研 究 將 奈 米 級 TiO 2 合 成 於 基 材 上 , 解 決 奈 米 級 TiO 2 在 溶 液 中 分 散 與 回 收 奈 米 粉 末
再 利 用 的 問 題 。 使 用 光 催 化 合 成 法 將 不 同 金 屬 沈 積 在 TiO 2 / 陶 瓷 粉 上 , 經 由 分 析 儀 器 鑑 定
物 化 特 性 及 光 催 化 性 能 , 由 亞 甲 基 藍 分 解 實 驗 發 現 金 屬 改 質 複 合 材 料 有 不 同 的 增 進 效
果 ,UV 光 催 化 分 解 的 效 果 為 Pt>Sr>Ba,Ce 則 變 差 , 但 Ce 對 於 增 進 60 Co 輻 射 催 化 分 解 效
果 卻 是 最 佳 。
研 究 亦 嘗 試 以 活 性 碳 、 蛇 紋 石 、 鈣 矽 石 、 沸 石 、 滑 石 、 竹 炭 等 具 有 不 錯 吸 附 能 力 之
吸 附 劑 , 做 為 複 合 光 觸 媒 材 料 之 基 材 。 以 蛇 紋 石 為 基 材 之 複 合 光 觸 媒 , 其 光 催 化 效 果 並
沒 有 特 別 優 越 , 且 性 質 不 穩 定 , 有 待 進 一 步 驗 證 。 其 他 基 材 如 鈣 矽 石 、 沸 石 、 滑 石 、 竹
炭 … 等 材 料 之 文 獻 回 顧 與 基 本 性 質 鑑 定 正 在 進 行 中 。
許 多 文 獻 研 究 顯 示 光 觸 媒 催 化 還 原 CO 2 的 效 率 不 高 , 尤 其 是 尿 素 的 生 成 更 是 特 別 困
r
e
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