二氧化鈦由於具有好的化學穩定性、不溶於酸鹼與溶劑、耐高熱性且 不具毒性、價格低廉等特性，所以為目前光催化研究的主要對象。而其主 要能行光催化作用，是因為二氧化鈦間的價帶與傳導帶間的能量差較大，
經由紫外光光線的照射使得電子躍遷，形成電子電洞對，再與表面之H2O 或O2反應，產生強的氧化基或還原基與污染物反應，行光催化作用。
圖(2-6) 半導體氧化物的能階示意圖[49]
二氧化鈦中之Anatase晶相之催化活性優於Rutile晶相，是因為兩者band
gap[61、62]以及比表面積不同的關係。Anatase之band gap為3.2 eV；Rutile之band gap為3.0 eV，當經UV光照射後會產生電子電洞對，此時由於Rutile之band gap較小，電子容易掉回價帶，行再結合作用(Recombination)。而Anatase之 band gap和比表面積較大，電子不易掉回價帶且其反應面積較廣，故其催化 效果優於Rutile。但也由於二氧化鈦本身band gap的關係，造成其只能吸收 太陽光中的紫外光區段，限制了二氧化鈦光催化的效能。所以，近十幾年 來有許多研究團隊試圖將二氧化鈦與其他元素作摻雜，希望能將其光催化 效果提升並將其吸收波段往可見光區移動。
典型的摻雜主要分成兩大類，金屬與非金屬元素。例如將二氧化鈦與 鉻、鐵或是鎳等過渡金屬作摻雜[63-71]，取代其晶格中原本鈦原子的位置，
然而此類過渡金屬的摻雜反而降低了其本身熱穩定性，連帶使再結合作用 提高，造成光催化效果降低。於是，開始有人嘗試非金屬元素的摻雜，如:
氟[72-74]、碘[75]、或是氯和溴的共摻雜[76]，此類摻雜提高了二氧化鈦在紫外
光區的吸收，使其光催化效果變好。接者，開始有其他的實驗團隊將氮
[77-79]、碳[80-81]、或硫[82-84]等元素與二氧化鈦作摻雜，並且有效的縮小其band
gap，使得吸收波段往可見光區移動，提高了光催化的效率。
圖(2-7) 摻雜氟的二氧化鈦粉末與P25之紫外光吸收光譜圖[84]
圖(2-8) 有無摻雜氮的二氧化鈦奈米粒子其紫外-可見光區 吸收光譜圖[78]。
最近幾年來，二氧化鈦摻雜硼的效應也開始備受關注。例如Zhao[85]等 人將二氧化鈦摻雜硼與三氧化二鎳，有效的提升可見光和紫外光的吸收，
使其光催化特性上升。而Jung[86]小組則是發現在二氧化鈦-二氧化矽-三氧 化二硼此三種氧化物混合情況下，當硼原子的濃度為鈦原子的5%時，其光 催化效果為0%的7倍。而Grey[87]等人的研究則指出硼原子在Rutile晶相的二 氧化鈦中，容易造成一種charge-compensating substitution的效應，使得原本 不穩定的Ti3+離子變的穩定，且Ti3+離子本身有trap光電子的特性，有利於降 低再結合作用(Recombination)，增加光電流的傳遞。
charge-compensating substitution : 3Ti4+ 3Ti3+ + B3+(interstitial)
由於本實驗團隊先前已採用硼酸和亞磷酸作為連接分子，修飾量子點 太陽能電池氮化銦/二氧化鈦介面，並發現隨者硼酸濃度增加，整體轉換效 率有逐漸上升的趨勢；但隨者亞磷酸濃度增加，整體效率卻明顯且快速的 下降。因此本研究主要使用硼酸並將其摻雜入二氧化鈦奈米粒子，利用 XRD、XPS、SEM、AM1.5等儀器分析，希望可以利用硼的摻雜，降低再結 合作用，並觀察硼的濃度對染料敏化電池整體效能的影響，此外再以同樣 方式使用亞磷酸摻雜磷作為對照組，期望能找出兩者之差異性。
第三章
Ruthenium 535 N3 ＞99%﹐Mw=741.7 Riedel-de
Haen
TX-100 Octyl Phenol Ethoxylate 99.00% J.T.Baker
FTO Floride tin oxide Acros