二氧化鈦修飾之含鉻鈦MCM-41分子篩之製備、結構特性與催化性質

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林立桓(Li-Huan Lin) 查詢紙本館藏

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化學學系

論文名稱

二氧化鈦修飾之含鉻鈦MCM-41分子篩之製備、結構特性與催化性質
(Synthesis, Structure Characteristics and Catalysis of TiO2 modified Chromium、Titanium-containing MCM-41)

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摘要(中)

本研究以水熱法合成純矽MCM-41及含鉻、鈦之MCM-41中孔分子篩，再披覆二氧化鈦在各MCM-41上。MCM-41的合成是以cetyltrimethyl- ammonium bromide（CTAB）為template，以sodium silicate為矽源。合成時並摻入少量的鉻或鈦，分別以chromium(III) nitrate及tetrabutyltitanate及為鉻及鈦源，於110℃下水熱7天後在550℃空氣流中鍛燒而得。表面TiO2的披覆，是將titanium isopropoxide與各合成MCM-41在hexane溶液中於70℃下迴流20小時後，乾燥而得。低角度粉末X光繞射（XRD，2θ＝2 ~ 10o）顯示各分子篩皆具MCM-41之結構特性，高角度XRD（2θ » 25o）顯示微弱的anatase TiO2譜峰，估測TiO2粒徑小於12 nm。MCM-41分子篩之穿透式電子顯微影像（TEM）皆呈現平行管柱排列。以X光能量分散光譜（EDX）檢測元素組成，發現在合成之MCM-41時，鉻鈦皆易植入分子篩中；而同時加入鉻與鈦時，鈦較鉻容易植入。由氮氣77 K之等溫吸附-脫附曲線測得Si-MCM-41表面積為1104 m2/g，植入鉻或鈦後表面積減少約50 ~ 200 m2/g，而披覆TiO2後減少約120 ~ 280 m2/g，由各吸附曲線測得孔徑大小在23 ~ 29 Å間，植入鈦的MCM-41之脫附曲線出現兩種孔徑，顯示鈦的植入產生缺陷改變孔道結構。電子順磁共振光譜（EPR）顯示植入MCM-41之鉻、鈦皆在骨架上。擴散反射式紫外-可見光譜（UV-Vis）與X光光電子能譜（XPS）顯示披覆二氧化鈦之MCM-41呈現TiO2的光譜特性。pyridine吸附之傅立葉轉換紅外線光譜（FT-IR）顯示在製備之各MCM-41觸媒中以TiM的酸性最為顯著。我們以原位電子順磁共振光譜（in-situ EPR）探測各MCM-41對一氧化氮的吸附與光催化分解活性，並以四極質譜驗測光催化分解後的產物，結果顯示植入鈦之MCM-41或披覆二氧化鈦之MCM-41對一氧化氮之光催化分解皆呈現相當高的活性。而在MCM-41中植入鉻明顯抑制了光催化活性，但提高了N2的選擇率。而在超高真空系統中研究披覆二氧化鈦之MCM-41對一氧化氮的程溫脫附反應，結果顯示在一氧化氮轉化成氮氣反應中，呈現相當高之轉化率及選擇性。

關鍵字(中)

★ 中孔分子篩
★ 光催化分解
★ 二氧化鈦

關鍵字(英)

★ MCM-41
★ TiO2
★ photodecomposition

論文目次

第一章前言------- --------------------------------------1
第二章實驗------- --------------------------------------7
一、含鈦MCM-41中孔分子篩觸媒之製備-------7
1. 含鈦、鉻MCM-41中孔分子篩之合成----------7
2. MCM-41表面TiO2的修飾--------------------------8
二.、觸媒之特性分析----------------------------------10
1. 粉末X光繞射（XRD）-----------------------------10
2. 熱重分析（TGA）--------- -------------------------10
3. 誘導偶電漿質譜（ICP-MS）---------------------10
4. BET表面積與BJH孔徑分布 ------------------------------11
5. 觸媒之形態： (a)掃瞄式電子顯微鏡影像（SEM）-------11
(b)穿透式電子顯微鏡影像（TEM）
6. 傅立葉轉換紅外線光譜（FT-IR）--------------12
7. 擴散反射式紫外-可見光譜（UV-Vis）--------12
8. 魔角自旋-核磁共振光譜（MAS-NMR）------12
9. X光光電子能譜（XPS）---------------------------13
10. 酸性測試：pyridine吸附之紅外線光譜------13
11. 程溫還原（TPR）---------------------------------16
三、催化反應-------------------------------------------18
1. 以in-situ EPR研究一氧化氮的吸附與光催化分解反應-------18
2. 以四極質譜檢測披覆TiO2之各MCM-41觸媒-------20
在超高真空中一氧化氮程溫脫附反應
第三章結果與討論----------------------------------21
一、含鈦MCM-41分子篩觸媒之合成與熱分析-----------------21
二、觸媒之形態與組成------- -----------------------24
三、觸媒之結構鑑定 --------------------------------31
四、觸媒之BET表面積與BJH孔徑分布----------36
五、觸媒之光譜特性分析----------------------------40
六、觸媒之還原性與酸性----------------------------47
七、一氧化氮的吸附與光催化分解---------------55
八、披覆TiO2之各MCM-41觸媒上一氧化氮之程溫脫附反應-----79
第四章結論------- --------------------------------------80
參考文獻-------------------------------------------------81

參考文獻

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50. 黃冠群, 簡淑華, 民國九十一年台大化學研究所碩士論文

指導教授

簡淑華、李光華
(Shu-Hua Chien、Kwang-Hwa Lii)

審核日期

2003-7-18

推文