对二氧化钛奈米管阵列用於水分解效率之影响.PDFVIP

對二氧化鈦奈米管陣列用於水分解效率之影響 研究者：楊宜孺 指導者：簡淑華教授 張釧哲老師 摘要 本研究主要著眼於二氧化鈦奈米管陣列運用於太陽光水分解時如何增進水分解效 率，試著發展出更有效率的敏化方法，突破目前所發展的太陽能電池效率無法提升的瓶 頸。 在本實驗中以陽極氧化法製備二氧化鈦奈米管陣列，並且以參考之論文中最高效率 的條件製作二氧化鈦奈米管陣列作為實驗基材。實驗條件為以 80V 電解 2 小時，以 450 ℃鍛燒 30 分鐘使其產生銳鈦礦晶像，並以連續離子層吸附反應（ＳＩＬＡＲ）法沉積 硫化鎘五次，再於氬氣中以 450℃鍛燒 30 分鐘，確定此最高效率二氧化鈦奈米管陣列的 可再現性。 壹、研究動機 現今人類極度倚賴石油──不可再生資源，各界的研究報告皆指出，以目前 的速度，現存資源將快速被消耗殆盡，而所有今日所稱的文明也都將陷入巨大的 危機、停擺，因此發展替代性能源便成為刻不容緩的任務。 太陽能幾乎可說是最好的選擇：能夠源源不絕的供應；但太陽能板在製作過 程中所耗費的能源和其效率不成正比，所以必須發展另一方法利用太陽能，於是 我開始了這次研究，探討二氧化鈦奈米管對於應用於水分解產氫效率的影響。 貳、研究目的 一、 探討於二氧化鈦奈米管陣列覆蓋不同層數 CdS 對水分解產氫效率之影響。 二、 探討較大面積之對電極對水分解產氫效率之影響。 三、 探討較大面積之二氧化鈦奈米管陣列對水分解產氫效率之影響。 參、研究器材及設備 一、儀器： (一) 精密電子分析天平 M-2200 (二) 烘箱 MEMMERT (三) 電磁攪拌器 Model PC-351 (四) 低溫恆溫水槽 J-610 (五) 直流電供應器 GWINSTEK GPR30H10D 263 (六) 紫外線/可見光分光光度計 Hitachi U-3410 (七) 場發射掃描式電子顯微鏡 JEOL JSM-6500F (八) 煅燒爐 LINDBER/BLUE TF55030A-1 (九) 模擬太陽光系統 Oriel 300W Xe light and filters (十) 電化學分析儀 CH Instruments CHI 650B 二、藥品： (一) 鈦箔板（Titanium foil ）：50*10*0.25 mm (二) 氟化胺（Ammonium fluoride, NH4F ）：Sigma-Aldrich ，99.5% (三) 過氧化氫（Hydrogen peroxide solution , H2O2 ）：Sigma-Aldrich ，35% (四) 乙二醇（Ethylene glycol, C2H6O2 ）：Sigma-Aldrich ，99.5% (五) 硝酸鎘 （Cadmium Nitrate, Cd(NO3)2 ．4H2O ）：Aifa Aesar ，99% (六) 硫化鈉 （Sodium Sulfide, Na2S ．9H2O ）：Aldrich ，98% 肆、研究方法 一、研究原理 (一) 二氧化鈦奈米管之形成機制 本實驗採用的是陽極氧化法，此法的優點是能夠透過簡易的過程， 藉由幾個參數的調整得到孔洞大小均勻、排列整齊的多孔結構，因此以 下針對陽極氧化法的形成機制做較深入的探討。一般均在含有氟的酸性 電解液中進行反應，其形成過程發生的主要化學反應如下所示： 1. Ti → Ti4+ + 4e-