原位FTIR 偵測二氧化碳進行光催化反應，圖 23 是 2wt%Cu/TiO2觸媒以照UV 光前 為背景圖譜，觀察到在1421、1222cm-1等代表碳酸氫根有明顯的增加，1558cm-1代表吸 附於觸媒上的碳酸根有略微的增加，1342cm-1代表吸附於銅上的碳酸根，訊號強度也有 增加的趨勢；1645cm-1是二氧化碳彎曲振動有減少的趨勢。另外有些微弱增加的訊號包 括 1539、1403cm-1代表 HCOO 的增加；1618cm-1有 HCOOH 的訊號；1460、1114cm-1 代表H2COO 的物種；1508cm-1代表H2CO；1053cm-1代表CH3O-M 的訊號。2wt%Cu/TiO2
觸媒吸收強度比純TiO2觸媒強1.5 倍，2wt%Cu/TiO2多以碳酸根的形式吸附二氧化碳，
且碳酸根的訊號會把碳酸氫根的吸收訊號遮蔽住，使得觀察到的大多是碳酸根的訊號。
故推測有銅的參與使得較多的二氧化碳吸附轉換成碳酸根與碳酸氫根，並經由遷移 (migrate)至 TiO2表面，促使觸媒對於二氧化碳的吸附。紅外線偵測光譜觀察到某些微弱
訊號成長，即是光反應產生的 H 原子會對二氧化碳進行還原反應的產物，包括甲酸鹽 類、甲酸、甲醛、甲醇與其他中間產物等。
2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000
(a)
wavenumbers[cm-1]
(h)
1222 1558 14271342
1645 (a)10sec,(b)1min,(c)10min,(d)20min,(e)30min, (f)1hr,(g)1hr30min,(h)2hr 3.6 InNbxTa1-xO4 觸媒
10 20 30 40 50 (a) (b) (c) (d) (e) (f)
2θ (deg.)
Intensity / arb. units
圖24： (a)InNbO4 (b) InNb0.75Ta0.25O4 (c) InNb0.5Ta0.5O4 (d) InNb0.25Ta0.75O4 (e) InTaO4 (f) In0.9Ni0.1TaO4 之 XRD 圖譜
圖 25 為 所 合 成 之 InNbxTa1-xO4 (x= 1, 0.25, 0.5, 0.75, 1) 觸 媒 及 摻 雜 Ni 之 In0.9Ni0.1TaO4觸媒之UV-vis 圖譜。當 InNbO4 之 Nb 被少量 Ta 取代時 (x=0.25)其 UV-vis 光吸收強度降低並且吸收邊緣略往紫外光區偏移 (圖 25 (a) 及 b))。但當 Ta 之取代量 x=0.5 時，UV-vis 之吸收強度增加且吸收邊緣往長波長偏移，當 Ta 之取代量 x=0.75 時 UV-vis 之吸收邊緣續往長波長偏移但吸收強度減小。InTaO4觸媒較含 Nb 之觸媒有更高的 UV-vis 吸收且其吸收邊緣位於可見光區，而鎳摻雜的 In0.9Ni0.1TaO4 觸媒有最高之 UV-vis 吸收。
300 350 400 450 500 550 600 Wavelength (nm)
(F (R )* h ν) 1/ 2
a b c d e f
圖25： (a)InNbO4 (b) InNb0.75Ta0.25O4 (c) InNb0.5Ta0.5O4 (d) InNb0.25Ta0.75O4 (e) InTaO4 (f) In0.9Ni0.1TaO4 之 UV-Vis 圖譜
台大吳紀聖教授所提供的以溶膠凝膠法合成之 Cu/TiO2 觸媒及以含浸法製備之 Cu/P-25 觸媒為參考觸媒，與所合成之 InNbxTa1-xO4 (x= 1, 0.25, 0.5 ,0.75, 1) 觸媒及摻雜 Ni 之 In0.9Ni0.1TaO4觸媒之二氧化碳轉化成甲醇反應活性比較。實驗結果如表11 所列，
實驗結果顯示所合成之InNbxTa1-xO4觸媒活性均高於商用TiO2 (P-25)觸媒。其中，InTaO4
觸媒之光催化活性較 InNbO4觸媒高，此結果與 InMO4(M=Ta, Nb)觸媒之光催水分解活 性類似，這是因為InTaO4之導帶底部能階較InNbO4為負而提高了光激發電子之還原能 力[34]。反應測試結果並發現當 Ta 部分取代 InNbO4時 Nb 觸媒的反應活性略微降低，
但值得注意的是當 Ta 之取代量為 x=0.5 時，其反應活性遠高於 InNbO4觸媒及 InTaO4
觸媒。雖然InNb0.5Ta0.5O4觸媒活性尚低於台大吳紀聖教授所提供的sol-gel Cu/TiO2觸媒 但亦顯示出相當高之二氧化碳轉化成甲醇反應活性。故我們嘗試將InNb0.5Ta0.5O4觸媒進 一步改質，以提高其反應活性。
表11：InNbxTa1-xO4 於 150 瓦汞光源照射下之 CO2 光催化還原反應之活性
四、結論
本研究以改良式熱水解法製備出一系列奈米級粒徑(10~20nm)的二氧化鈦光觸媒，
藉由浸漬覆膜法於光纖表面，觸媒層厚約26~33nm。以 216 根覆膜光纖之反應器進行流 動相之二氧化碳光催化還原反應，在光強度為10W/cm2、滯留時間為5000sec 的操作條 件下，1.0%-Pt/TiO2具有較高的甲醇產率 2.51 µmole/g-cat．hr。而由於在滯留時間為 5000sec 時，已達反應穩定狀態，因此增長滯留時間並無法有效提升甲醇產率。添加 Cu、
Ag 及 Pt 等金屬之二氧化鈦觸媒在整體表現上，以添加 1.0%Pt 金屬可大為提升甲醇產 率，但卻以純二氧化鈦觸媒具有較佳的穩定度。所合成之 InNbxTa1-xO4 (x= 1, 0.25, 0.5 ,0.75, 1) 觸媒及摻雜 Ni 之 In0.9Ni0.1TaO4觸媒之二氧化碳轉化成甲醇反應之活性，顯 示Ta 取代 InNbO4之Nb 可提高觸媒反應之活性，其反應活性較 InNbO4觸媒提高了47%，
亦較較InTaO4觸媒提高了10%。
參考文獻
1. W. Choi, J. Y. Ko, H. Park, J. S. Chung, Appl. Catal. B: Environmental, 31 (2001) 209-220.
2. C.-F. Lo, J. C. S. Wu, J. Ch. Inst. Ch. Eng., 36(2) (2005) 119-125. 217-219 頁，2003。
8. Tseng, I. H., Chang, W. C., Wu, J. C. S., Appl. Catal. B 37 (2002) 37..
9. Sugawa, S., Sayama, K., Okabe, K., Arakawa, H., Energy Convers. Manage. 36 (1995) 665.
10. Guan, G., Kida, T. and Yoshida, A., Appl. Catal. B 41 (2003) 387.
11. Zou, Z. G.,Ye, J. H.,Sayama, K. and Arakawa, H., Nature, 414 (2001) 625-627.
12. Sayama, K.,Arakawa, H. and Domen, K., 1996, Catal. Today, 28 (1996) 175-182.
13. Zou, Z.,Ye, J.,Sayama, K. and Arakawa, H., Chem. Phys. Lett., 343 (2001) 303-308.
14. I. H. Tseng, J. C. S. Wu, H.Y. Chou, Journal of Catalysis, 221 (2004) 432-440.
15. J. Yu, X. Zhao, Q. Zhao, Thin Solid Films, 379 (2000) 7-14.
16. 葉君棣，陳志堅合譯，X 射線光電子分光儀應用手冊，黎明書店 (1992)，第 2-33 頁。
17. J. Yu, X. Zhao, Q. Zhao, Thin Solid Films, 379 (2000) 7-14.
18. W. Gao, J. Chen, X. Guan, R. Jin, F. Zhang, N. Guan, Catalysis Today, 93-95 (2004) 333-339.
19. I. M. Arabatzis, T. Stergiopoulos, M. C. Bernard, D. Labou, S. G. Neophytides, P. Falaras, Applied Catalysis B: Environmental, 42 (2003) 187-201.
20. H.G. Huang, T.C. Chu, J. C. S. Wu, and D.P. Tsai,中華民國物理年會,Taipei, Taiwan (2005).
21. J.C. Yang, Y.C. Kim, Y.G. Shul, C.H. Shin, T.K. Lee, Applied Surface Science, 121/122 (1997) 525-529.
22. W. D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering, 6th Edition, John Wiley & Sons, Inc.
1994, p.w-1.
23. H. Y. Chen, S. P. Lau, L. Chen, J. Lin, C. H. A. Huan, K. L. Tan, J. S. Pan, Applied Surface Science, 152 (1999) 193-199.
24. I. H. Tseng, W. C. Chang, J. C. S. Wu, Applied Catalysis B: Environmental, 37 (2002) 37-48.
25. G. C. Chinchen, K. C. Waugh, D. A. Whan, Applied catalysis, 25 (1986) 101-107.
26. A. Fujishima, T. N. Rao, D. A. Tryk, Journal of Photochemistry and Photobiology C:
Photochemistry Reviews, 1 (2000) 1-21.
27. M. Anpo, H. Yamashita, Y. Ichihashi, S. Ehara, Journal of Electroanalytical Chemistry, 396 (1995) 21-26.
28. M. Epifani, C. Giannini, L. Tapfer, L. Vasanelli, Journal of the American Ceramic Society 83,10 (2000) 2385-2393.
29. S. B. Kim, S. C. Hong, Applied Catalysis B: Environmental, 35 (2002) 305-315.
30. 周欣穎，奈米 Ag/TiO2 觸媒進行二氧化碳光催化還原反應，國立台灣大學碩士論文，
2002，第 56-60 頁。
31. M. R. Hoffmann, S. T. Martin, W. Choi, D. W. Bahnemann, Environmental applications of semiconductor photocatalysis, Chemical Reviews, 95 (1995) 69-96.
32. 曾怡享，奈米金屬氧化鈦觸媒光催化還原二氧化碳，國立台灣大學博士論文，2003，
第217-219 頁。
33. 林宏明，以光纖反應器進行二氧化碳光催化還原，國立台灣大學碩士論文，2004，
第80-85 頁。
34. Zou, Z.,Ye, J. and Arakawa, H., Mat. Res. Bull. 36 (2001) 1185.
35. Kato, H.,Asakura, K. and Kudo, A., J. Am Chem. Soc. 125 (2003) 3082.
附件
研發成果資料表
日期：96 年 1 月 27 日 計畫名稱： 光催化還原方法減量溫室氣體 CO2
計畫主持人：吳紀聖
計畫編號： NSC 95－EPA－Z－002－007－
期刊 Application of Optical-fiber Photoreactor for CO2
photocatalytic Reduction, Topics in Catalysis, revised 論文
研討會
技術報告
申請 獲得 專利
應用
與產業界、研發機 構互動成果
正在與工研院能環所洽談合作太陽能利用研究計畫。
可利用之產業 及 可開發之產品
技術特點
模擬人工光合作用，利用光能透過光纖光反應器，將 CO2 和 H2O 轉 化成甲醇。是一種生再生能源的技術。
推廣及運用的價值
※ 本表若不敷使用，請自行影印使用。