第四章 結果與討論
4.1.2 合成鈦酸鍶(實驗二)
4.1.2.2 改變水熱法反應時間，合成鈦酸鍶(130℃，3M NaOH)
4.1.2.2.1 掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)與X光能量散譜儀(EDS)分析
本實驗以高壓水熱法合成 SrTiO3，在 3M NaOH 中，固定反應溫度為 130℃(SR-3-24-130、SR-3-48-130、SR-3-72-130、SR-3-96-130)，透過 FE-SEM 在 放 大 倍 率 為 10,000 倍 時 發 現 ， SR-3-24-130 、 SR-3-48-130 、 SR-3-72-130 、 SR-3-96-130 之 FE-SEM 圖中的顆粒形狀為立方狀，如圖4.15 所示，其顆粒大 小 約 為 10 ～ 150 nm ， 其 中 SR-3-96-130 的 顆 粒 大 小 較 SR-3-24-130 、 SR-3-48-130 、 SR-3-72-130 細 小 均 勻 ， 帄 均 顆 粒 大 小 約 為 10 ～ 80 nm 之 間 。 SR-3-24-130、SR-3-48-130、SR-3-72-130、SR-3-96-130 的 EDS 圖中皆可發現含 有鍶、鈦及氧之元素，其中鈦鍶元素比值都接近於 1，如表4.7 所示。54
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圖4.15 在不同反應時間 (a)(e) 24hr (b)(f) 48hr (c)(g) 72hr (d)(h) 96hr 以水熱法 (130℃，在 3M NaOH 濃度下)製備 SrTiO3 之 FE-SEM 影像和 EDS 圖。
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表4.7 在不同反應時間 24hr、48hr、72hr、96hr 下，以水熱法(130℃，在 3M NaOH 濃度下)製備 SrTiO3 之 EDS 分析表。
4.1.2.2.2 X 光粉末繞射儀分析(XRD)
SR-3-24-130、SR-3-48-130、SR-3-72-130、SR-3-96-130 之 XRD 晶相分析 圖（圖4.16）中，可以發現 SR-3-24-130、SR-3-48-130、SR-3-72-130、SR-3-96-130 之 SrTiO3 之 XRD 晶相為(100)、(110)、(111)、(200)、(210)、(211)、(220)、(310)，
此一結果分別比對 XRD 繞射峰圖譜( JCPDS card no.79-0176)，結果一致，可以 確定 SR-3-24-130、SR-3-48-130、SR-3-72-130、SR-3-96-130 為 SrTiO3 奈米晶 體，均為立方晶之鈣鈦礦粉體，且存在些微碳酸鹽類雜相【73】，其中結晶性以 SR-3-96-130 為最佳，但 SR-3-96-130、SR-3-24-130 差異不大。
4.1.2.2.3 比表面積(B.E.T surface area)
圖 4.16 中 SR-3-96-130 之 XRD 晶 相 強 度 明 顯 高 於 SR-3-48-130 、 SR-3-72-130，因此將 SR-3-48-130、SR-3-72-130、SR-3-96-130 樣品以 BET 分 析 ， 分 析 結 果 顯 示 於 表 4.8 ， 由 表 中 卻 發 現 SR-3-72-130 之 BET 較 SR-3-48-130 、 SR-3-96-130 大，因此初步推斷反應時間增加會提高比表面積，
但反應時間再持續增加至一個臨界點，則比表面積便開始降低。
Catalyst EDS element atomic ratio (%)
Sr Ti O
SR-3-24-130 11.92 11.42 76.66
SR-3-48-130 14.07 13.97 71.97
SR-3-72-130 10.46 9.39 80.14
SR-3-96-130 11.84 11.84 76.32
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圖4.16 在不同反應時間96hr、72hr、48hr、24hr 以水熱法(130℃，在 3M NaOH 濃度下)製備 SrTiO3 之 XRD 分析圖。
表4.8 在不同反應時間 48hr、72hr、96hr 下，以水熱法(130℃，在 3M NaOH 濃 度下)製備SrTiO3之 BET分析數據。
Catalyst BET(m2/g) Pore Size (Å ) Pore volume(cm3/g)
SR-3-48-130 19.0921 11.3550 0.05420
SR-3-72-130 22.3249 11.7723 0.06570
SR-3-96-130 19.6999 11.9997 0.06151
4.1.2.2.4 高解析電子能譜儀(HRXPS)
本研究係以 X 光光電子能譜儀(HRXPS)來分析 SrTiO3 表面元素的化學鍵 結情形，以探討不同反應時間所合成之 SrTiO3 的差異。圖4.17 為 SR6、SR5、
SR4 的 XPS(Suls) 圖， SR-3-96-130 在132.007及133.8eV 的鍵結能量訊號為
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SrTiO3 中 Sr3d5/2 及 Sr3d3/2 電子所產生，457.422及463.1 eV 的鍵結能量訊號則 為 SrTiO3 中 Ti2p3/2 及Ti2p1/2 電子所產生，而 O1s 的束縛能為528.550 eV 々 SR-3-72-130 在 132.141 及 133.8 eV 的 鍵 結 能 量 訊 號 為 SrTiO3 中 Sr3d5/2 及 Sr3d3/2 電子所產生，457.400及463.4 eV 的鍵結能量訊號則為 SrTiO3 中 Ti2p3/2 及Ti2p1/2 電子所產生，而 O1s 的束縛能為528.577 eV々 SR-3-48-130 在132.064 及 133.9 eV 的鍵結 能量訊號為 SrTiO3 中 Sr3d5/2 及 Sr3d3/2 電 子 所 產 生 ， 457.531及463.5 eV 的鍵結能量訊號為 SrTiO3 中 Ti2p3/2 及Ti2p1/2 電子所產 生，而 O1s 的束縛能為528.735 eV。由圖4.17 中，可以看見 SR-3-48-130、
SR-3-72-130、SR-3-96-130 的鍵結方式無顯著差異。此外，在 SR-3-48-130、
SR-3-72-130、SR-3-96-130 的 XPS 分析表中，顯示鍶、鈦及氧之元素含量比例，
其中鈦鍶元素比值都接近於 1，如表4.9 所示。
(a)
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(b)
(c)
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圖4.17 在不同反應時間96hr、72hr、48hr 以水熱法(130℃，在 3M NaOH 濃度 下)製備SrTiO3之 XPS 圖〆(a) Suls ; (b) Sr3d ; (c) Ti2p ; (d) O1s 。 表4.9 在不同反應時間 48hr、72hr、96hr 下，以水熱法(130℃，在 3M NaOH 濃
度下)製備SrTiO3之 XPS 分析表。
Catalyst XPS element atomic ratio (%)
Sr Ti O
SR-3-48-130 15.73 15.72 59.08
SR-3-72-130 16.87 15.32 56.72
SR-3-96-130 17.19 16.19 54.03
4.1.2.2.5 傅立葉轉換紅外線光譜儀(FT-IR)
本研究以傅立葉轉換紅外線光譜儀（FT-IR），藉由觀察分子之振動模式，
進 行 定 性 之 檢 測 ， 紀 錄 範 圍 在 4000 ～ 450 cm-1 處 。 由 圖 4.18 得 知 ， SR-3-48-130、SR-3-72-130、SR-3-96-130 位於大約 580 cm-1 附近處有特徵吸收
(d)
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峰，為 Ti－O 端基伸縮振動，是鈦酸鍶的特徵吸收峰【72】，而位於3435 cm-1 附 近則為 O－H 的振動峰。SR6、SR5、SR4 位於 877.45 cm-1、1071.26 cm-1 和 1446.35 cm-1 三個附近位置皆為碳酸鹽岩組，而1384.64 cm-1 處（對稱伸縮 υs） 和 1636.30 cm-1 處（非對稱伸縮 υa）則可歸結為剩餘碳酸鹽岩組【71】，這是 吸 收 非 常 小 的 碳 酸 鹽 環 境 。 因 此 ， 在 圖 4.18 中 ， 可 以 看 見 SR-3-48-130 、 SR-3-72-130、SR-3-96-130 的 FT-IR 圖無顯著差異，且皆有鈦酸鍶的特徵吸收 峰。
圖4.18 在不同反應時間 48hr、72hr、96hr 以水熱法(130℃，在 3M NaOH 濃 度下)製備 SrTiO3 之 FT-IR 分析圖。
4.1.2.2.6 探討 UV/ SrTiO
3光催化降解 CV 染料之效率依據圖4.16 說明，在濃度為 3M NaOH ，固定溫度為130℃，和不同反應時 間的水熱中，合成之 SrTiO3 會形成相同晶相，以反應時間為96小時之合成 SrTiO3 結晶相最好。在圖4.19 中說明不同反應時間合成之 SrTiO3 光觸媒能左
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右降解效果，且光降解效果較好的是在反應時間為72小時中合成之 SrTiO3，觸 媒結晶性也會影響降解效果。此外， SrTiO3 降解 CV 染料仍是在有 UV 光的 輔助下的效果比起在暗室下還要來得好。
圖 4.19 UV 光和暗室下 SrTiO3光觸媒(在不同反應時間 24hr、48hr、72hr、96hr 以水熱法 130℃，在 3M NaOH 濃度下製備)對 CV 光催化速率的影響
(CV = 0.01 gL-1，pH＝5.8)