金屬結合多孔性分子篩之光觸媒於 CO 2 還原之應用

特殊的電子結構特性，當受光能量照射時，其能產生電子電洞對，而 此電子電洞對能夠再進一步行氧化還原反應，使其有催化之效果。而 目前常見的光觸媒包括硫化鎘 (CdS)、二氧化鋯 (ZrO2)、氧化鋅 (ZnO)、鎳銦金屬氧化物 (NiO/InTaO4 )與二氧化鈦 (TiO2 )等。

由於光觸媒本身有容易團聚的現象，所以其在光催化的應用上光 的利用率不佳，故開始有學者提出將光觸媒與多孔性分子篩結合，因 為多孔性分子篩具有高比表面積以及特殊孔洞結構，所以光觸媒與多 孔性分子篩結合後，可以提高光觸媒的分散度，以及可以降低光觸媒 團聚的現象，使光觸媒的光利用效率能夠提升。圖2-7 為光觸媒結合 多孔性分子篩應用於多種汙染物處理之示意圖(Matsuoka and Anpo, 2003)。

圖2-7 光觸媒結合多孔性分子篩應用於多種汙染物之處理 (Matsuoka and Anpo, 2003)

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Anpo et al. (1998) 利 用 水 熱 法 合 成 Ti-MCM-41(Si/Ti=100) 、 Ti-MCM-48(Si/Ti=80)以及TS-1(Si/Ti=85)等分子篩光觸媒，並且於 328K溫度條件下，利用高壓汞燈(λ>280nm)為燈源進行氣相二氧化碳 光催化還原實驗，由結果發現主要產物有甲烷和甲醇，並且有一些微 量產物包括一氧化碳、乙烯、乙烷和氧氣，而Anpo et al. (1998)也利 用純分子篩做對照實驗，其發現當沒有置入鈦氧化物時就沒有產物生 成，所以證明鈦氧化物在此分子篩光觸媒中扮演重要角色。

Anpo et al. (1995)以多種光觸媒以及光觸媒結合多孔性材料做為 氣相光催化還原二氧化碳的光觸媒，其中包含TiO2/Vycor glass、

TiO2、Cu/TiO2以及單晶TiO2。文中提到，相較於TiO2、Cu/TiO2以及 單晶TiO2，TiO2/Vycor glass此種複合材料由於TiO2能夠均勻分散在多 孔材料上，加上多孔材料具有特殊的孔洞結構，使得最終產物具有高 度的選擇性。Yamashita et al. (1998)利用離子交換法和含浸法合成不 同含鈦比例之Ti-oxide/Y-zeolite分子篩光觸媒，並且用水熱法合成 Ti-MCM-41、Ti-MCM-48以及TS-1，並將這些分子篩光觸媒應用在二 氧化碳還原實驗，由結果發現，以上分子篩光觸媒其甲烷和甲醇產量 都高於純TiO2，原因為分子篩光觸媒具有較高比表面積，並且其觸媒 分散度也較高，而Yamashita et al. (1998)也發現Ti-MCM-48為觸媒之 甲烷和甲醇之產量高於 Ti-MCM-41和TS-1，其原因為Ti-MCM-48有

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較大的孔洞大小和其為三維孔洞結構，故能容納較多的二氧化碳。

Ikeue et al. (2001) 則是利用OH^-與F^- 離子分別做為結構引導劑 (structure-directing agent)以水熱法合成Ti-Beta zeolite，應用於二氧化 碳還原反應中，其反應是利用100W的高壓汞燈做為燈源，並將反應 溫度控制在323K，並同時與商用光觸媒P25以及同樣具微孔洞之TS-1 進行效能比較。研究成果發現，Ti-Beta(OH)其有最佳的二氧化碳還原 效果，探究其原因，由於Ti-Beta(OH)其表面屬於親水性能夠吸引較多 水分子至其表面，在受到光激發時能夠產生較多量的(Ti³⁺-O^-)*激發 態，使得整體催化效能提升；然而Ti-Beta(F)其觸媒表面屬於疏水性，

因此其整體催化效能較Ti-Beta(OH)來的低。

Sasirekha et al. (2006)利用濕式含浸法合成Ru/TiO2，另外也用機 械混合合成TiO2/SiO2和Ru-TiO2/SiO2，並將其應用於液相二氧化碳還 原反應，其利用1000W的高壓汞燈為燈源，並把反應溫度控制在常 溫，研究結果指出，其反應之產物包括氫氣、甲酸、甲醛、甲醇以及 甲 烷 ， 而 其 也 發 現TiO2/SiO2的 甲 烷 和 甲 醇 產 量 都 高 於 純TiO2和 Ru/TiO2。

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