改變反應時間對於氧化鉬的影響 (0.04 M AHM)

在 0.04 M 鉬酸銨溶液下，利用微波法合成氧化鉬。取鉬酸銨 (0.500 g) 作為起始物與水 (10 mL)、硝酸 (2.2 M, 10 mL) 混合反應，利用微波 法在 120°C 下反應 10、30 或 90 分鐘。得到一系列的產物 MoO-10、MoO-30 和 MoO-90，並利用 XRD、SEM、Micro-Raman 及 PL 鑑定產物。

4.1.1 X-ray 粉末繞射法分析

觀察圖 4-1 可以得知，反應 10 分鐘至 90 分鐘所得的產物訊號，皆 得到相似的繞射峰。根據資料庫的對照之後，可以發現這些繞射峰是由 次穩定態的六方晶相氧化鉬 (h-MoO₃, JCPDS No.21-0569) 所組成。由此 可得知，在 0.04 M 鉬酸銨溶液下，不論反應時間的長短，皆可得到六方 晶相的氧化鉬。然而，隨著反應時間的增加，可以觀察到位於 9.6^o的繞 射峰相對強度，逐漸增大，而其對應的晶相面為 (100)。因此推測可能是 產物有著優選方向的成長，才導致 9.6^o的繞射峰相對強度有逐漸增大的 趨勢。

32

圖 4-1 0.04 M 鉬酸銨溶液，反應溫度 120^oC，反應時間為 10、30 和 90 分鐘所得產物之 X-ray 粉末繞射圖譜。

33

4.1.2 掃描式電子顯微鏡圖像分析

由圖 4-2 可以觀察到，在 0.04 M 鉬酸銨溶液下合成氧化鉬，其形貌 為柱狀與錐狀的聚集體。當反應時間為 10 分鐘，產物的形貌主要為錐狀，

且其表面容易有缺陷，形狀較不完整。反應時間為 30 分鐘時，可得較完 整錐狀的產物。而當反應時間增長至 90 分鐘時，錐狀產物僅剩少量，主 要以柱狀為主。由上述的現象可以得知，隨著反應時間增長，產物的形 貌逐漸從錐狀轉變為柱狀，其表面也更加完整。

參考 XRD 數據可以發現，反應時間增長，促使柱狀形貌增加，(100) 也隨之增加。從六角柱示意圖 (圖 4-3) 可以發現，{100} 面族屬於其中 之一的面相。當形貌由錐狀逐漸成長為柱狀，使得產物往 {100} 面族方 向排列，形成完整的六角柱狀，因此在 XRD 的數據上可以觀察到優選方 向的成長。根據文獻⁴⁴，可以藉由增加硫脲溶液的濃度，促使形貌由錐 狀轉變為柱狀。在本研究當中，則是可以運用反應時間的不同，改變錐 狀與柱狀的形貌變化。

34

圖 4-2 0.04 M 鉬酸銨溶液，反應溫度 120^oC，反應時間為 10、30 和 90 分鐘所得產物之 SEM 圖像 (5K)。

圖 4-3 六角柱示意圖。

35

4.1.3 顯微拉曼光譜分析

觀察圖 4-4 可以得知，反應時間 10、30 和 90 分鐘的產物，其拉曼 圖譜的訊號皆可對應至 h-MoO₃的訊號^45,46，其中 114、133、174、218 及 248 cm^-1訊號峰為 MoO₄的振動訊號。而 319、398、413、489 及 691 cm^-1 訊號峰為 O-Mo-O 的振動訊號。而 882、901、912 及 977 cm^-1訊號峰為 Mo=O 的振動訊號。

與前面 XRD 偵測所得到的結果互相對照，推測在 10 分鐘的短時間 反應下，已可得到結構完整的 h-MoO₃結構，導致在 XRD 及 Raman 的偵 測結果上都可以得到相當明顯的訊號。

圖 4-4 0.04 M 鉬酸銨溶液，反應溫度 120^oC，反應時間為 10、30 和 90 分鐘所得產物之 Raman 圖譜。

36

4.1.4 光致螢光光譜分析

觀察圖 4-5 可以得知，利用光源為 325 nm 的雷射光照射 MoO-10、

MoO-30 及 MoO-90 這三個產物，在 PL 圖譜上可以得到兩個較寬廣的訊 號，分別位於 415-437 nm 及 575-603 nm。並且根據文獻⁴⁷可以得知，

415-437 nm 為氧化鉬本身的能隙 (band gap) 所產生的訊號，而能隙的大 小為 2.92 eV。575-603 nm 則為氧化鉬的氧缺陷所產生的訊號。且隨著反 應時間的增加，575-603 nm 的訊號逐漸增強，代表隨著反應時間的增加，

氧化鉬中的氧缺陷逐漸增加。

由上述各數據顯示，在 0.04 M 鉬酸銨溶液的環境下，我們可得知反 應時間的增加，促使產物形貌從錐狀轉變為六角柱狀。其結構不受影響，

仍舊為六方晶相的氧化鉬。而在反應時間增加的同時，也使氧化鉬中的 氧缺陷也逐漸增加。

圖 4-5 0.04 M 鉬酸銨溶液，反應溫度 120^oC，反應時間為 10、30 和 90 分鐘所得產物之 PL 圖譜。

37