第四章 實驗結果分析與討論
4.3.3 ZnS-Au 核殼奈米粒子之光催化活性探討
由先前所述，ZnS-Au 複合奈米粒子材料具有優良的載子分離效率，也表示 著此材料具有極大的潛力可作為運用於光催化領域。光催化分解污染物研究中，
材料的部份我們是選擇分別為 ZnS 粒子以及 ZnS 粒子表面接支有不同密度的 Au 粒子的複合奈米粒子，染料我們選擇 thionine，其具有一特徵吸收峰位於 605nm，
當 thionine 分子得到電子後便會還原為無色的 leuco，意味著 605nm 吸收峰強度 也隨之降低，故我們可以藉由觀測吸收強度的變化來確認其材料於光催化分解污
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染物的效率。圖 4-24(a)即為 ZnS-Au-1 與 thionine 染料溶液經由不同光照時間所 得之 UV-Vis 吸收光譜，我們可以清楚的觀察到其 thionine 染料位於 605nm 的特 ZnS-Au 複合奈米粒子後，我們明顯的觀察到其 thionine 染料分解效率大幅的增 加，同時分解效率也隨著 Au 粒子密度的增加而改善，如 ZnS-Au-1 的條件中，
(recombination center)的角色[62]，降低了光催化效率上的表現；同時，高密度的
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Au 粒子也可能導致 ZnS 表面光照面積的降低，其光激發所產生的電子電洞對相 對的減少，導致負面的效應產生。
圖 4- 24 (a) thionine 染料以 ZnS-Au 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) 不同濃度之 Au 粒子接支之 ZnS-Au 粒子經由不同時間照射 thionine 分解之 C/C0效 率圖。
為了進一步的展現 ZnS-Au 複合奈米粒子具有優良的光催化效率，我們接著 選用 TiO2-P25、商用品 ZnS，同時也為了要證實 Au 接支於 ZnS 表面的正面效應，
我們另外也利用物理混合的方式將 ZnS 與 Au 粒子水溶液混合，圖 4-25(a)即是其 為經由不同光照時間與 thionine 染料分解效率圖。結果清楚的指出，ZnS-Au 相 較於 TiO2-P25 與 ZnS 商用品具有最佳的光催化效率，Au 粒子接支於 ZnS 表面 具有一正面的幫助。另一方面，相較於以 ZnS 與 Au 粒子物理混合的情況下，
ZnS-Au 複合奈米粒子也具有較佳的染料分解效率，如圖 4-25(a)中的 TEM 影像 圖所示，單純物理混合 ZnS 與 Au 粒子，大部分的 Au 粒子並無法接支於 ZnS 粒 子表面，而且 Au 粒子也具有高度程度的聚集，故於本比較實驗中，ZnS-Au 複 合奈米粒子於光催化實驗中具有一獨特的優勢。當然除此之外，光觸媒的運作的 持久性也是我們所關注的，圖 4-25(b)即為 ZnS-Au-3 分別經過三次 75 分鐘光照 分解 thionine 染料之圖譜，結果指出經過三次反覆的實驗，光觸媒活性仍然維持 其優良的活性，此結果再一次指出 ZnS-Au 複合奈米粒子可作為一優良的光觸媒 材料。
76 固溶液型態(solid solution)時，由於 Zn 原子具有較小的原子半徑，故其晶格面間
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距便會隨著 Zn 含量的增加而減少。由此我們也可以清楚的指出 Au 殼層粒子表 面確定為一 Cd1-xZnxS 合金殼層材料所包覆而形成一核殼奈米粒子。
圖 4- 25 Au-CdS 奈米核殼粒子 (a)TEM 影像、(b)HRTEM 影像與(c)電子繞射影像。
圖 4- 26 奈米核殼粒子 (a) Au-Cd0.68Zn0.32S、(b) Au-Cd0.22Zn0.78S 與(c) Au-Cd0.17Zn0.83S TEM 影像。
材料之晶體結構資訊我們係利用 X-ray 繞射分析儀所求得，於 Zn 比例為 0，
即為 Au-CdS 核殼奈米粒子，三個主要的繞射峰分別位於 24.81o、26.52o 與 28.19o， 由於晶粒尺寸大小皆為奈米晶體，故繞射峰之半高寬皆呈現一較寬廣的分佈，而 所得之繞射峰經由 JCPDS 資料庫比對，可得其為 CdS 之 (100), (002)與(101)結 晶平面，同時說明其 CdS 殼層為一 wurtzite 的結構。繞射峰位於 38.23o經由比對 為 fcc 之 Au (110)所貢獻。於添加 Zn 元素於 CdS 殼層中之結果中，其 CdS 之三 個主要繞射峰藉由 Zn 元素比例的添加逐漸的朝向較高繞射角度移動，表示其晶 格面間距隨之縮短，即為另一證據展現出 Zn 與 CdS 形成一 Cd1-xZnxS 三元合金 殼層材料。
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圖 4- 27 奈米核殼粒子 (a) Au-CdS、(b) Au-Cd0.68Zn0.32S、(c) Au-Cd0.22Zn0.78S 與(d) Au-Cd0.17Zn0.83S 之 XRD 結果。