InVO4光觸媒之合成與水分解性質研究Synthesis and properties of ...

子水,激發光源為 500 W的鹵素燈。實驗前先
持續通入氮氣至反應系統內,將空氣完全排
出。在此系統下反應五小時,利用排水集氣法
收集水分解產生之氣體。
三、結果與討論
3.1 結晶相分析
如圖一所示,以固態反應法及水熱反應法
所合成之樣品皆為InVO4 純相 (JCPDF
48-0898)。圖二是針對 (112) 面進行慢速掃瞄
(0.15 °/min) 所得到的繞射峰。因為水熱反應
法所合成之InVO4粉末顆粒為奈米尺度,故其
半峰寬較以固態反應法合成之InVO4有寬化
的情形。由Scherrer formula計算得知,其結晶
粒徑分別約為 34 nm和 150 nm。
3.2 表面性狀分析
固態反應法所合成之InVO4光觸媒的粒
子呈現外圍形狀不規則但平滑之顆粒,粒徑大
小約為 5~10 μm,如圖三所示。以水熱反應法
合成出之InVO4光觸媒大小約為 70 nm,從圖
四可發現其粒子間有明顯的團聚現象,以
TEM觀察其單一顆粒,為長 100~300 nm、寬
20~50 nm之柱狀結構,如圖五所示。BET測試
以水熱反應法合成之InVO4光觸媒的比表面
積,其數值為 17.88 m 2 /g,公式換算其比表面
積粒徑為 67.72 nm。
3.3 光譜分析
3.3.1 XPS
如圖六所示,以固態反應法和水熱反應法
所合成之InVO4光觸媒,其In3d5的峰值中心分
別位於 445.27 eV和 444.80 eV,為InVO4中之
In 3+ 離子所貢獻;V2p的峰值中心位於 517.87
eV及 517.20 eV,為InVO4中之V 5+ 離子貢獻
[4]。此一結果與XRD之結果相佐,證實水熱
反應法所合成之InVO4光觸媒,其結晶相與化
學組成皆與固態反應法所合成之InVO4光觸
媒一致。
3.3.2 FT-IR
圖七為水熱反應法合成出之InVO4光觸
媒的傅立葉轉換紅外光譜。其紅外線吸收光譜
呈現典型正交相InVO4的振動特徵,755 cm -1
和 898 cm -1 的位置為V-O-In之振動峰,而在
952cm -1 為V-O的端基伸縮振動。
3.3.3 UV-Vis
圖八顯示以固態反應法及水熱反應法所
合成之InVO4光觸媒,在可見光波長範圍較商
用TiO2粉末有明顯的吸收能力。其吸收波長約
為 650~685 nm ,經換算其半導體能隙為
1.90~1.81 eV。此一結果符合前人文獻[5]中所
報導InVO4之半導體能隙為 1.9eV。
3.4 水分解特性分析
圖九顯示以固態反應法和水熱反應法合
成之InVO4光觸媒,其分解水產氫量分別為
432.7 μmol‧ gcat.
-1 和 491.9 μmol‧ gcat.
-1 。水
分解反應所收集到的氣體,以氣相層析儀及熱
傳導偵測器分析其組成,顯示有氫氣和氧氣之
峰值產生,而水分解為氫氣與氧氣之理論值比
例為 2:1。
前述各項分析結果顯示,以固態反應法和
水熱反應法所合成之InVO4光觸媒,其結晶相
與化學組成皆相同,唯表面性狀有明顯差異,
結果導致不同之照光分解水效率。以水熱反應
法合成之InVO4光觸媒擁有較佳之水分解活
性,推測是由於其粉末粒徑較小,擁有較大的
比表面所致。
InVO4光觸媒照光分解水之反應活性是
隨反應時間之增長而逐漸降低。以固態反應法
合成之InVO4光觸媒,在水分解測試中,第五
個小時的水分解產氫量為 34.7μmol‧ gcat.
-1 ,
是第一個小時反應活性的 23%;相同測試條
件下,水熱反應法合成之InVO4光觸媒,其第
五 個 小 時 的 水 分 解 產 氫 量 為
36.8μmol‧ gcat.
-1 ,是反應活性為第一個小時
反應活性的 17%。前人文獻[6]中亦有報導相
同之現象,推測是由於反應系統的溶液中甲醇
濃度降低所致,在補充適量甲醇後即可回復光
觸媒之反應活性。