氮氣等溫吸附與脫附分析(Brunauer -Emmett-Teller；BET)

分析所合成之工作電極粉體其表面形貌以及比表面積分布，本研 究針對樣品進行氮氣等溫吸附與脫附分析。氣體吸附法測定比表面積 之原理，為依據氣體於固體表面之吸附特性，於一定之壓力下，被測 樣品顆粒（吸附劑）之表面於超低溫下對氣體分子（吸附質）呈現可 逆之物理或化學吸附作用，於某一壓力下，其存在相對應之平衡吸附 量。通過測定出該平衡吸附量，並藉由理論模型以等效求出被測樣品 之比表面積。由於實際顆粒外表面之不規則性，嚴格來講，該方法測 定之結果為吸附質分子所能到達之顆粒外表面與內部通孔總表面積 之和。

圖3.11(a) ~ (g)為 TBT 系列樣品針對不同 Eu 摻雜濃度之工作電 極粉體所測之BET(Brunauer-Emmett-Teller)等溫吸附法之結果，藉由 遲滯迴圈之範圍及形狀可輔以判斷孔空形狀與大小，此系列樣品之氣 體吸附曲線依IUPAC 定義，於 x = 0，即無 Eu 摻雜時，由於其於高 相對壓力（relative pressure P_s/P_o）時遲滯迴圈不明顯，故推測屬於第 二型，第二型通常為無孔材料或孔徑較大之材料，配合SEM 圖判斷 應為無孔材料，顯示合成之粉體其表面光滑完整；而隨著 Eu 之摻雜 量之增加，氣體吸附曲線於高相對壓力出現些微遲滯迴圈現象，推測 屬於第四型中孔洞材料，但由SEM 判斷粉體仍無中孔洞材料現象，

為完整平滑之粉體，初步判斷造成中孔洞原因為粉體堆疊時所產生之 空隙造成，且遲滯迴圈較為垂直，故應為規則之球體陣列間孔洞造 成。而經由 BET 程式計算此 TBT 系列樣品之比表面積，顯示隨著 Eu 含量之增加，其比表面積亦隨之增加，於 Eu 摻雜量至 x = 0.04 時 達至飽和。此結果與 XRD、TEM 結果吻合，隨著 Eu 含量之增加，

由於粒徑因為 Eu-Ti-O 鍵結產生，造成晶體成長受限而隨之粒徑變

Volume adsorbed(cm3 /g )

Relative pressure (Ps/Po⁾ Absorption process

Volume adsorbed (cm3 / g)

Relative pressure (Ps/Po⁾ Absorption process Desorption process

(a)

Relative pressure (Ps/Po⁾ Volume adsorbed(cm3 / g)

# Sample : Ti1-xO2 : Eux(x=0.02)

Absorption process Desorption process

(c)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Volume adsorbed (cm3 / g)

Relative pressure (Ps/Po⁾ Absorption process Desorption process

(d)

Volume adsorbed (cm3 / g)

Relative pressure (Ps/Po⁾ Absorption process

Desorption process

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Relative pressure (Ps/Po⁾ Volume adsorbed(cm3 / g)

# Sample : Ti1-xO2 : Eux(x=0.05)

Absorption process Desorption process

(e)

(f)

圖3.11 (a)~(f)TBT 系列 Ti_1-xO₂ : Eu_x³⁺ (x = 0 ~0.05) 之 BET 圖

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Eu3+ content( x value) 78.9 (Brunauer -Emmett-Teller)等溫吸附法之結果，與 TBT 系列比較，依 IUPAC 之定義，配合 SEM 與 TEM 之結果，此系列樣品仍為無孔洞 之奈米材料，且其高相對壓力處遲滯迴圈之形狀與P25 標準圖譜相 近，可判斷於此系列中，經由Eu 之摻雜後於表面形成之 Eu-Ti-O 之 鍵結較弱，因此限制晶格成長現象較不明顯，此結果與XRD 粒徑大 小分布趨勢吻合。

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Volume adsorbed (cm3 /g )

Relative pressure (P_s/P_O)

Absorption process Desorption process

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Volume adsorbed (cm3 / g)

Relative pressure (P_s/P_o)

Absorption process Desorption process

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Volume adsorbed (cm3 / g)

Relative pressure (Ps/Po⁾ Absorption process

Desorption process

(a)

(b)

(c)

圖 3.13 (a)~(c) P25 系列 Ti1-xO2 : Eux3+ (x = 0 ~ 0.15) 之 BET 圖

0.00 0.05 0.10 0.15 0

10 20 30 40 50

BET Surface area

(

)

Eu³⁺content( x value)

33.3

47.7 50.9

圖3.14 P25 系列樣品不同 Eu 摻雜量與比表面積之關係圖

3.2 TiO2:Eu³⁺ 粉體光譜特性分析