實驗儀器

3.2.1 X-光粉末繞射儀 (XRD ; X-ray powder diffractometer)

照射於一物體晶格，會產生反射各層結晶面反射光，路徑距離不同，

當隔層路徑差 CB-BD 距離恰好符合布拉格繞射現象產生建設性繞射即 會觀測到 X-ray 繞射圖譜。布拉格繞射公式為 nλ = 2dsinθ。

其中n = 1；λ：入射光波長；d：晶格距；θ：入射角。

因此，X光粉末散射儀光譜可以鑑定結晶性物質或規則性排列物質結 構，粉末材料若呈現規律性結構在某平面且方向性排列，當X光照射後，

則會產生繞射現象。粉末內部的晶格排列情況會影響到繞射角度及其強 度，可觀察出不同樣品其中的晶格差異，並鑑定出某一結晶物質的存在。

在本研究採用 Rig X-光粉末繞射儀是以 CuKα

1(λ=1.541838 Å)，Ni 濾 波器，DS=0.5°，SS＝1.0°，RS=0.15 mm，電壓 40.0 kV，電流 30.0 mA 操作條件，先將樣品磨成粉末後，壓平樣品於載玻片中， 將其固定在機 臺上進行測量。實驗條件是連續掃瞄，掃瞄範圍為 2θ = 5~50°，掃瞄速度 為 5 °/min。

3.2.2 掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscope ; SEM)

掃描式電子顯微鏡是是一種利用電子束掃描樣品表面從而獲得樣品 信息的電子顯微鏡。它能產生樣品表面的高解析度圖像，且圖像呈三維，

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掃描電子顯微鏡能被用來鑒定樣品的表面結構。

本研究採用 S-3400N 型掃描式電子顯微鏡，將少許樣品噴灑於碳膠 上，並用鍍金機鍍金，並放入電子顯微鏡載台中。針對樣品表面做高倍 率顯微觀察利用電子顯微鏡觀察樣品的影像。

3.2.3 比表面積分析儀 (Brunauer-Emmett-Teller；BET)

本研究採用Micrometric ASAP2020 型號表面積分析儀，秤取0.1~0.15 g待測樣品置於試料瓶中，安裝於除氣槽，開始進行除氣步驟(Degas)：在 真空環境下以升溫速率10 ℃/min由室溫升溫至350 ℃，並維持8小時，將 待測樣品中所含水分或其他吸附物去除。除氣完成後，將試料瓶移至分 析處並浸入液態氮阱內，再以定量氮氣充入試料瓶中，測量不同相對壓 力下(P/P

0=0~1)的氮氣吸附量，經由電腦程序Brunauer–Emmett (BET)法計 算 樣 品 的 總 表 面 積 ， t-plot 法 計 算 微 孔 和 介 孔 面 積 ， 利 用 模 型 Barrett–Joyner–Halenda (BJH)計算孔徑分佈。

3.2.4 己烷異構物分子吸附實驗

首先將25 mg觸媒裝入5 cm的1/8” ss管柱中，並在管柱頭尾填充玻璃綿，

如圖9所示。然後將管柱一端連接於GC的注射器，另一端連接1/16” ss的 空管柱至GC的偵測器。管柱裝置完畢，如圖23，以氮氣為載體氣體 (5c.c/min) 於573 K 煆燒至少30分鐘，除去吸附於分子篩的物質 (特別是

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水)，之後將GC爐腔溫度降至室溫進行吸附實驗。

圖23 GC吸附實驗的沸石裝填示意圖。

等 GC 爐腔溫度降至室溫後，將 0.1 μm 正己烷異構物分子(n-Hexane、

3- Methylpentane 或 2,2-Dimethylbutane) 注入 GC 中，接著觀察 GC 是否 有明顯的訊號產生。如果有訊號產生，代表分子不被分子篩吸附；反之 則代表分子可被分子篩吸附。若分子被分子篩吸附，以氮氣為載體氣體 (2-3 c.c/min)，升溫至 300 ⁰C (5 c.c/min) 進行脫附實驗。

3.2.5 拉曼光譜

本研究使用 PTT BWII RAMaker 拉曼光譜儀，使用的雷射光波長為 532 nm，樣品掃描 2000 次以增加訊雜比。

3.2.6 紅外線光譜

紅外線光譜的原理是分子中的原子產生振動和轉動模式時吸收了適

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當的能量而產生的光譜，為鑑定有機物官能基的一項利器，特定官能基 有特定的吸收譜帶，一般分子振動所吸收的能量較小，大致是紅外光區 的範圍，依波數大小不同可分為三個部分：12800 ~ 4000 cm^-1 為遠紅外 光區；4000 ~ 200 cm^-1 為中紅外光區；200 ~ 10 cm^-1為近紅外光區，其中 近紅外光區可觀察分子間的倍頻及合頻的吸收；遠紅光區是分子轉動、

金屬鍵結的吸收，而一般最常用的範圍是泛指中紅外光區的部分，專門 提供有關分子振動的訊息，有機物的重要吸收區均位於此區。分子的每 一個振動接會吸收某一定波長的紅外光，因此， 同一個分子的 IR 吸收 光譜具有多個波長吸收峰，而分子振動的方式大致可分為拉伸(stretching) 和彎曲(bending) 兩種，其中 stretching 為兩原子沿其軸向做伸縮運動，

有對稱性(νs) 及非對稱性振動(νas) ，而 bending 則是原子依兩鍵結的 夾角做運動，藉由不同官能基

3.2.7 熱重分析儀

本研究利用熱重分析儀量測材料的在不同溫度之重量變化，操作步驟 是秤取10~30 mg待測樣品置於坩鍋中，在空氣環境下，以升溫速率5℃

/min，由30℃升溫至800℃，探討待測樣品在熱處理過程中重量的變化。

3.2.8 固態核磁共振儀

核磁共振光譜學是研究某種含有自旋角動量的原子核所具有的磁矩 與外加電磁波脈衝產生交互作用時的熱力學及動力學行為，以期對分子

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做分析、鑑定以及結構上的研究。當我們將這一類的原子核置於外加靜 磁場時(通常靜磁場方向定在+Z軸)，它們會對應到某些特定的量子化方 向，而每一個方向都會反映到某個不連續且特定能量的能階。原子核磁 矩與外加靜電磁場同向者會對應至較低能量的能階；反之與原子核磁矩 與外加靜電磁場反向者會對應至較高的能階。由於原子核本身具有磁矩，

因此在外加靜磁場存在時會受到磁轉矩的影響而造成原子核穩定的進動 現象，其動的頻率(即所謂的Larmor frequency) 與外加靜磁場強度成正比。

因為是磁轉矩的作用，此時 如果在垂 直於外加靜磁場的方向施以 與 Larmor 頻率相當的脈衝，則會使位於低能階的原子核躍遷至高能階，進 而在接受線圈產生感應的NMR 訊號。

3.2.9 靜態吸附實驗

首先秤取石英管淨重，並將 100 mg 吸附劑填入石英管底部，於真空 度 2×10^-2 torr、溫度 550℃下除水 8 h，除氣完成後溫度降回室溫秤量石英 管和吸附劑總重。在室溫下進行溶劑吸附，吸附完成後秤重並計算得知 吸附劑的吸附量。

Hexane 和水在 25℃、25 torr 下吸附，1,2,4-trimethylbenzene (TMB) 和 methyl isobutyl ketone (MIBK)在 25℃、2 torr 下吸附。

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3.2.10 官能基含碳量測定

透過已知碳量 0.6%的 R972 silica 與純 SiO2的 Fumed silica 以不同比 例混合，藉由 IR 光譜上 2800 ~ 3100 cm^-1的積分面積與含碳量做圖得到 校正曲線，如附錄圖 S1。因此有機官能基的碳含量憑藉 IR 光譜中 2800 ~ 3100 的積分面積帶入校正曲線推算得知。