第四章 實驗結果分析與討論
4.1.3 Au-CdS 核殼奈米粒子之光催化分解污染物應用
由上述分析得知，Au-CdS 核殼奈米粒子具有優良的電子電洞分離效率，進 一步具有極大潛力使用於光能源轉換如光催化分解溶液有機物之應用，光催化分 解溶液污染物簡單的來講，即是利用半導體端所產生的電子(electron reduction) 或是電洞(electron hole oxidation)與溶液中污染物進行還原或是氧化的反應，使其 分解或是轉換成對環境危害較低的產物，淺顯易見的，如何抑制於半導體端經光 激發所產生電子電洞對自行復合的速率為一影響光催化反應中其中一重要之要 素。如 Banin 等人利用 CdSe 奈米棒表面接支 Pt 粒子形成複合材料，光激發 CdSe 的光電子趨向傳遞至 Pt 端再與溶液中亞甲基藍(methylene blue)反應，亞甲基藍 得到電子後進行一還原反應轉變成 leucomethylene blue，其溶液顏色便由藍色轉 變為無色液體，明顯的溶液顏色變化可以使用 UV-Vis 吸收光譜儀偵測其特徵吸 收峰強度的變化來計算染料濃度分解的效率，實驗結果證實 CdSe/Pt 相較於單純 CdSe 具有較佳的光催化分解染料效率，證實了電子電洞分解效率提昇也直接反 應於光能源轉換應用[55]。相反地，利用電洞氧化分解溶液中污染物機制則是利
57 RhB + ·OH oxidation products……(3)
Au(e–)-CdS + O2 Au-CdS + ·O2–
58
圖 4-8 (b)為選用不同 CdS 殼層厚度之 Au-CdS 核殻奈米粒子進行不同光照 時間降解 RhB 染料之結果，CdS 殻層厚度我們分別選用 9.0nm、14nm 與 18.6nm 作為研究的對象。我們也設定一對照組條件即為單純 RhB 染料水溶液，經由不 同時間的可見光照射，結果展現出在單純只有 RhB 染料水溶液的情況下，其濃 度並不會經由可見光的照射而變化，由此證明於未添加光觸媒的情況下並無法造 成 RhB 染料的降解。CdS 殻層厚度為 9.0nm 與 14nm，其經由可見光照射時間為 35 分鐘時，得到 40%與 60% RhB 染料的降解， 反觀 CdS 殻層厚度為 18.6nm 的 條件下，RhB 染料於 35 分鐘的可見光照射時間後，已達到約 90% RhB 染料的 降解。結果明顯指出，CdS 殻層厚度對於光催化效果具有一正向的幫助。我們相 信 CdS 殻層厚度的增加，也進一步增加 Au-CdS 對於光吸收的能力，其吸收光截 面積(absorption cross-section)提昇。換句話說，藉由增加 CdS 殻層的厚度，具有 增加光激發所產生的電子電洞數目之優勢，對於光降解 RhB 染料之研究而言，
可提供更多電洞數量進行氧化反應，達到較佳的染料分解速率。
圖 4- 8 (a) RhB 以 Au-CdS 核殼奈米粒子作為光觸媒經由不同時間光照之 UV-Vis 吸收光譜結果。
(b) 不同厚度之 CdS 殼層厚度經由不同時間照射 RhB 分解之 C/C0效率圖。
除此之外，我們為了進一步展現 Au-CdS 核殻奈米粒子具有優良光催化降 解染料的效率，我們選擇 TiO2粒子參雜 N 元素之樣品， TiO2為一非常常見之 光催媒為一寬能階半導體，能階大小約為 3.2eV，意味著得運用於紫外光範圍，
不過當 TiO2參雜入 N 元素後，其 N 會於 TiO2之導帶與價帶之間參入一能階，
59
其吸收光性質則是會由紫外光位移至可見光區域[13]，為了選擇具有相等的比較 基礎，我們選用 TiO2-N 粒子作為比較樣品。此外，我們也選用 CdS 商用品與利 用 KCN 溶解 Au 核層材料所得之純粹 CdS 殻層來做比較。結果成功的展現 Au-CdS 核殼奈米粒子(CdS 殼層厚度為 18.6nm)具有最佳的光催化降解 RhB 染料 之效率，再次成功指出相較於比較組樣品，Au-CdS 核殼奈米粒子之 Au 粒子是 可有效的抑制 CdS 電子電洞對自行復合之效率，進而增加光催化反應之效率。
圖 4- 9 N-TiO2、CdS 商用品、CdS 殼層材料與 Au-CdS 核殼奈米粒子經由不同時間照射 RhB 分 解之 C/C0效率圖。