第三章 結果與討論
3.2.2 拉曼散射光譜分析 (Raman scattering spectrum)
拉曼散射光譜為量測材料之鍵結狀態非常普遍之方法，其原理為 利用光子與樣品中之聲子之間之交互作用，量測晶體中之各種振動模 式，包括了分子內之振動與晶格振動。因此當樣品中晶格變化極微小 時，亦能藉由拉曼散射光譜儀觀測。於材料晶相結構之鑑定，拉曼光 譜亦提供一材料結構與鍵結組態之特徵，可與 X 光繞射圖譜互為印 證。根據 Balachandran 與 Eror 報導(102)，銳鈦礦(Anatase)具六種 Raman active 振動模式(vibrational modes)：A1g + 2B1g + 3Eg ； 金紅石 (Rutile)具四種 Raman active 振動模式：A1g + B1g + B2g + Eg。由圖3.22 中TBT 系列之拉曼光譜於 146、398、518 和 641 cm-1 處，其顯示二 氧化鈦晶相之特徵散射峰值，分別對應銳鈦礦中 Eg 、A1g、B1g 、Eg 之振動模態(Vibration Mode) (103, 104)，且 146 cm-1處之散射峰較尖銳，
指出粉體之結晶性佳，並與 XRD 結構精算之結果吻合。另外，此系 列中並無發現金紅石之散射峰出現，顯示 TBT 系列樣品為銳鈦礦之 純相，此與XRD 之結果吻合。
藉由146 cm-1處 Eg振動模態之散射峰作觀察，可知經由Eu 摻雜 後，其繞射峰具往高波數位移之現象，有文獻指出(105, 106)，當二氧化 鈦於晶體結構中之氧空缺(oxygen vacancy)增加時，將增加銳鈦礦於 146 (Eg) cm-1之波數，因此研判本系列樣品經由Eu 之摻雜，均增加粉 體晶體中氧空缺，爾後X 光吸收光譜將更進一步討論。而 Choi 等人
(107)於銳鈦礦之二氧化鈦中以體積收縮效應 (volume contraction effect)
解釋由於粒徑縮小而使晶粒之徑向壓(radial pressure)變小，因此造成 鄰近原子鍵結與振動強度改變，使繞射峰有往高波數位移之現象。
100 200 300 400 500 600 700 0
1 2 3 4
Int ensity (a.u)
Raman shift
(cm
-1)148(Eg) 146(Eg)
Ti
1-xO
2:Eu
x(TBT)
x = 0.015 x = 0
x = 0.02 x = 0.025 x = 0.03
x = 0.04
x = 0.05
398(B1g) 518(A1g)641(Eg)
圖 3.22 TBT 系列 Ti1-xO2:Eux3+(x = 0~0.05) 拉曼散射光譜圖
3.2.2.2 P25系列樣品拉曼散射光譜分析
本實驗亦將 P25 系列樣品進行拉曼散射光譜之分析，如圖 3.23 所示， P25 系列之拉曼光譜於 146、398、518 與 641 cm-1 處出現二 氧化鈦晶相之拉曼散射峰值，與 TBT 系列相似，分別對應銳鈦礦中 Eg 、A1g、B1g 、Eg之振動模態(Vibration Mode)， 然而 P25 系列樣品 於未摻雜Eu 時(x = 0)時，於 454、616 cm-1 處出現分別對應於 Eg、 A1g 振動模式之金紅石特徵散射峰，出現此金紅石特徵峰之因，主要 是由於 x = 0 之樣品存在重量百分比約 25 %之金紅石晶相結構。隨著 Eu 濃度之增加，於 x = 0.025 時 454 cm-1之特徵峰已消失，而當摻雜 濃度大於2.5 mol % (x = 0.025) 時，粉體皆呈現銳鈦礦之拉曼特徵 峰，此與 XRD 結論吻合，由於稀土元素之摻雜，抑制燒結過程中銳 鈦礦轉變成金紅石之現象。於最強散射峰 146 cm-1處 Eg振動模態之 散射峰分析，可知經由過 Eu 摻雜，此繞射峰亦具往高波數位移之現 象，然而總括兩系列樣品於此散射峰之位移現象皆不顯著，主要乃因 摻雜稀土元素之量過少，因此造成主體氧空缺不足以造成明顯之波數
位移現象(108)。
100 200 300 400 500 600 700
R-616(A1g
R-454(Eg )
)
147 E( g) 146(Eg)
641(Eg) 518(A1g)
Ti
1-xO
2:Eu
x(P25)
Intensi ty (a.u)
Raman shift
(cm
-1)x = 0.025 x = 0
x = 0.05 x = 0.075
x = 0.1
x = 0.125 x = 0.15
398(B1g)
圖3.23 P25 系列 Ti1-xO2:Eux3+(x = 0~0.05) 拉曼散射光譜圖
3.2.3 紫外-可見光擴散式反射光譜分析(UV-Vis DRS)