第二章 文獻回顧
2.4 複合光觸媒材料製備
TiO2為光催化相關研究中，最常用的光觸媒，除了因其能隙有3.2 eV，導致必須以近紫外光才能加以激發的缺點外，尚有
電子-電洞會快速 的重組
，使其量子產率偏低之問題，故近年來的研究，多著重於光觸媒的 改質。Linsebigler等[1995]指出，TiO2光觸媒經由表面改良的優點包括：(1) 促進電荷分離，減少電子電洞再結合的機率，以增進光催化效率，提昇 量子產率、(2)增加波長可吸收之範圍、(3)改變對反應物之選擇性或者能 使反應產生特定之產物。
文獻中，改良的方法包括有表面敏化、添加金屬、與奈米材料相結合 等，茲彙整如下。
1. 表面敏化(surface sensitization)
利用染料分子作為光敏劑(photosensitizer)，可使表面TiO2進行光敏化 作用(photosensitization)，進而增加TiO2對光源之吸收率，增加所激發出 量子數。當染料分子受激發時所需之氧化能階較TiO2導電帶能階高時，
則光敏劑受激發後所激發出之電子可傳遞到TiO2之導電帶上，而擴大 TiO2所能吸收之波長，可有效地降低能源的使用。
光敏化過程之主要特色，在於可用能量較小之可見光，來激發TiO2， 節省高能光源之使用量。Cho等[2001]研究指出，當染料分子附著於TiO2
表面時，利用可見光使染料受激發後，經由光敏化反應所激發出之電子 會傳遞到TiO2之導電帶上，而後進行氧化還原作用以破壞污染物，而 TiO2 本身並未受到激發，於整個過程中並無光電洞的產生，故無電子-電洞再結合之憂慮。
2. 金屬之添加
利用表面塗佈或初濕含浸法，將過渡金屬添加於TiO2上，可增進激 發過程中對電子的捕捉，抑止電子-電洞再結合速率。Paola等[2002]分 別將多種過渡金屬離子(Fe、Mo、V、W、Co、Cr、Cu)塗佈於TiO2 之 顆粒表面上，並針對對-硝基酚、甲酸、乙酸、苯甲酸等四種酸性有機 物進行光催化反應。其結果顯示，塗鈷之TiO2/Co粉末對甲酸，較純TiO2 顆粒有較佳之降解效率；Sclafani等[1998]在其研究中指出，附著於之 Pt/TiO2上之Pt，會捕捉電子，並吸引電洞而成為再結合中心。
複合觸媒除了抑制電子-電洞再重組外，金屬之添加亦可使觸媒於 可見光下進行利用。Wilke等[1999]在二氧化鈦合成過程中添加Cr3+及 Mo5+的金屬離子，在添0.1mol%金屬離子時二氧化鈦的能階從原本大概 3.2 eV(380 nm)能量縮短至Mo5+的2.85 eV(435 nm)及Cr的2.00 eV(620 nm)，係藉著金屬離子添加劑來改質二氧化鈦的光吸收特性；白崢鈺等 [2007]其研究中利用以初溼含浸法製得Ag/TiO2及Cu/TiO2觸媒，其中Ag 佔整體觸媒重量比2 wt.%，結合UVA和UVC處理甲苯廢氣，而去除率均 能達95%；謝哲隆等[2007]以Ag/TiO2及Cu/TiO2觸媒(Ag、Cu佔整體觸媒 重量比2 wt.%)對二氧化碳進行還原，其主要之產物為甲醇，結果顯示 可針對溫室效應氣體問題能有效處理。
3. 與奈米材質相互結合
此法之優點可將反應之生成物直接沉積於基材表面形成薄膜，利用 奈米材料之大比表面積及特定物化特性，達到提供光催化反應之整體效 能。例如：Ou等[2006]研究使用化學沉積法，製作MWNT–TiO2:Ni複合 光觸媒，可在可見光照射下，具有不錯的產氫效果；Xia等[2007] 利用 奈米碳管為基材，利用Sol-gel方法與TiO2相結合。結果顯示該複合觸媒 對於二氧化碳之還原效能不錯，而且此複合觸媒可利用可見光為光源。
適當之TiO2/CNTs配比，能夠有效提升光催化之產率。
另外，在蔡承佑等[2007]的研究中，其結合奈米碳管，利用Sol-gel 方法製備TiO2/CNTs光觸媒，進行丙酮的吸附及光降解研究。結果顯示，
複合之光觸媒較原始的TiO2，具有較高的光解速率，不過鍛燒溫度會影 響複合材料之效能，其中以400℃在吸附或光降解效能為最佳。