第四章 結果與討論
4.1 觸媒之物化特性分析
4.1.7 化學分析能譜儀
本研究利用ESCA分析材料表面元素之化學狀態與氧化態；儀器 使用之X光源為鋁靶(Al Ka，能量1486.6ev)，掃描後數據以C 1s (Binding energy為284.6ev) 校正。
圖4-13與圖4-14為本研究所使用之不同金屬其ESCA全元素掃描 圖譜，由圖譜結果可發現Si、O與C三種元素。而Si與O為MCM-41結 構中的主要元素，故可在掃描圖譜中清楚看到Si與O之訊號；而C則 是因為材料本身會吸附空氣中之CO2或是有機物，故在掃描圖譜上也 能發現C之訊號。
在全元素掃描中，並無發現有其他金屬的訊號，推測原因為ESCA 為一種表面分析儀器，其偵測之深度約為3-10nm，而本研究之材料是 利用水熱法一步合成，故大部分金屬皆植入MCM-41之骨架中，所以 材料表面之金屬含量相對於Si與O來說非常少，因此在全元素掃描圖 譜中並無法明確發現金屬的存在。
圖 4-15 至 圖 4-17 為 各 材 料 之 Ti 局 部 掃 描 分 析 結 果 ， 經 由 C 1s(284.6ev) 校正後，在分析圖譜上並沒有發現Ti 2p1/2之訊號，其原因 為由於金屬含量太少，故在分析圖譜上僅能偵測到訊號相對較強之Ti 2p3/2其訊號。由結果可看出各材料之Ti 2p3/2之Binding energy皆落在 461ev至463ev之間，而根據文獻指出，Ti如果以四配位鍵結於MCM-41
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之骨架中，其Ti 2p3/2之Binding energy為460ev，而如果Ti是以八配位 TiO2形式存在於MCM-41表面，則其Ti 2p3/2之Binding energy為458ev (Araujo et al., 2008； Eimer et al., 2008)。將各材料之Ti局部掃描之結 果與文獻對照可發現本研究之材料其Ti 2p3/2之Binding energy較接近 以四配位存在時的Binding energy，故可以得知本研究所使用之材料其 Ti的化學環境皆以四配位為主，顯示Ti有成功植入於MCM-41骨架中。
圖4-18為各雙金屬觸媒Ti以外另一金屬元素的局部掃描分析結 果，首先探討V-Ti-MCM-41(100)中的V元素，其結果如圖4-18(A)所 示。根據文獻指出，當V以四配位鍵結時其V 2p3/2 Binding energy是介 於515.7ev-515.4ev；如果是以V2O5存在則其V 2p3/2 Binding energy是介 於 517.5ev-516.5ev (George et al., 2005) 。 但 本 研 究 中 的 V-Ti-MCM-41(100)此材料並無發現V 2p3/2之訊號，推測其原因為V 2p 軌域其束縛能與O 1s能量接近，因此容易受到O 1s satellite line的干 擾，造成訊號不明顯(Jha et al., 2006)。此外也有可能大部分的V皆已 植入MCM-41之骨架中，故ESCA無法偵測到V。
接著探討Zn-Ti-MCM-41(100)中的Zn元素，結果如圖4-18(B)所 示。本研究之Zn 2p3/2之Binding energy為1022ev，但根據文獻指出，
Zn 其 金 屬 態 (1021.8ev) 與 氧 化 態(1021.8ev-1022.3ev)之 2p3/2 Binding energy過於接近，故無法從XPS分析結果中判斷Zn的鍵結價態(Albero
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et al., 2008)。
另外，探討Zr-Ti-MCM-41(100)中的Zr元素，結果如圖4-18(C)所 示。本研究Zr-Ti-MCM-41(100)中Zr 3d5/2之Binding energy為183ev，根 據文獻指出，Zr以四配位鍵結於孔洞材料時其3d5/2之Binding energy 介於182.8ev-183.3ev之間；以金屬氧化態ZrO2存在時其3d5/2之Binding energy介於181.9ev-182.2ev之間(Liu et al., 2006； Jiang et al., 2011)。
故可知本研究所使用之Zr-Ti-MCM-41(100)其Zr是以四配位鍵結於 MCM-41之骨架中。
至於Mn與Mo其結果如圖4-18(D)至(F)所示。在局部掃描結果中 沒有明顯訊號，推測原因可能因為Mn與Mo大部分皆植入MCM-41結 構中，故偵測不到其訊號。
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Binding energy (ev)
0
73
Binding energy (ev)
0 100 200
300 400
500 600
700 800
900 1000 1100
Counts (a.u)
Si 2p Si 2s
C 1s O 1s
Mo-Ti-MCM-41(50)
Mo-Ti-MCM-41(100) Mo-Ti-MCM-41(25)
圖 4-14 Mo-Ti-MCM-41ESCA 掃描光譜圖
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Inte nsity (a.u)
Ti-MCM-41(100)
Ti-MCM-41(200)
Binding energy (ev)
445 450
455 460
465 470
475
V-Ti-MCM-41(100) 461
461.7
461.7
Ti 2p
Ti 2p
Ti 2p Ti 2p3/2
Ti 2p3/2
Ti 2p3/2
圖4-15 Ti-MCM-41 與 V-Ti-MCM-41 之 Ti 元素局部掃描圖譜
75 Zn-Ti-MCM-41(100)
In ten sity (a.u)
Zr-Ti-MCM-41(100)
Binding energy (ev)
445 450
455 460
465 470
475
Mn-Ti-MCM-41(100) 462.8
463.3
462.9 Ti 2p
Ti 2p Ti 2p
Ti 2p3/2 Ti 2p3/2
Ti 2p3/2
圖 4-16 不同金屬觸媒之 Ti 元素局部掃描圖譜
76 Mo-Ti-MCM-41(25)
Intensity (a.u)
Mo-Ti-MCM-41(50)
Binding energy (ev)
445 450
455 460
465 470
475
Mo-Ti-MCM-41(100) 461.4
462
462.8
Ti 2p
Ti 2p
Ti 2p Ti 2p3/2
Ti 2p3/2
Ti 2p3/2
圖4-17 Mo-Ti-MCM-41 之 Ti 元素局部掃描圖譜
77
Binding energy (ev)
505
(A)V-Ti-MCM-41(100) V 2p
O 1s satelite
Binding energy (ev)
1010
Binding energy (ev)
165
Binding energy (ev)
620
Binding energy (ev)
215
(E)Mo-Ti-MCM-41(25) Mo 3d
Binding energy (ev)
215
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4.2 光催化還原測試