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2008 光華女中專題研討

2008 光華女中專題研討. 光觸媒簡介與應用. 主講：陳立偉 老師 國立臺南第一高級中學 2008.05.08. Outline. 何謂光觸媒？ 光觸媒的功能 光觸媒工作原理 光觸媒應用於教學、專題製作 Q & A. Outline. 何謂光觸媒？ 光觸媒的功能 光觸媒工作原理 光觸媒應用於教學、專題製作 Q & A. 光觸媒. 光觸媒本質上即是催化劑，光觸媒在照光的情形下具有催化功能，有機物會因光觸媒的加入分解成 H 2 O 、 CO 2 或其他小分子。

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2008 光華女中專題研討

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Presentation Transcript

  1. 2008光華女中專題研討 光觸媒簡介與應用 主講：陳立偉 老師 國立臺南第一高級中學 2008.05.08

  2. Outline • 何謂光觸媒？ • 光觸媒的功能 • 光觸媒工作原理 • 光觸媒應用於教學、專題製作 • Q & A

  3. Outline • 何謂光觸媒？ • 光觸媒的功能 • 光觸媒工作原理 • 光觸媒應用於教學、專題製作 • Q & A

  4. 光觸媒 • 光觸媒本質上即是催化劑，光觸媒在照光的情形下具有催化功能，有機物會因光觸媒的加入分解成H2O、CO2或其他小分子。 • 光觸媒中以二氧化鈦(TiO2)最常見，TiO2光觸媒具有半導體材料特性以及無毒特性，所以在生活上應用很廣。

  5. 什麼是光觸媒？ • 某些物質會吸收特定波長的光，使其分子達到激發態，具十分活潑的性質，可與其他物質進行反應，此種物質稱之為光觸媒。 • 目前市面上最常見的就是二氧化鈦光觸媒。

  6. 催化劑原理 • 參與反應，改變反應速率，反應前後不改變，不出現在全反應式中的物質，稱之為催化劑。 • 絕大多數的催化劑會使速率增加，少數會使速率減慢。 • 提供新的反應途徑，降低活化能。

  7. Discovery and applications of photocatalysis http://www.nanonet.go.jp/english/mailmag/2005/044a.html 二氧化鈦是無毒的固體，常作白色塗料或化妝品、牙膏的原料，二氧化鈦光觸媒的研究則肇始於1970年代初，藤島與本田發現用強光照射水溶液中的二氧化鈦電極，電極表面產生了許多氧氣氣泡。切斷光線後，氣泡就不再釋出。另外一個惰性白金電極上則產生了氫氣，顯示光可以啟動二氧化鈦分解水。後來又發現二氧化鈦照光，可以將二氧化碳還原成甲醇等有機化合物 Akira Fujishima

  8. Outline • 何謂光觸媒？ • 光觸媒的功能 • 光觸媒工作原理 • 光觸媒應用於教學、專題製作 • Q & A

  9. 光觸媒的功能 • 有機化合物礦化處理 • 光觸媒殺菌功能 • 光觸媒親水性研究 • 光觸媒疏水性研究 • 光觸媒於光電池的開發

  10. Outline • 何謂光觸媒？ • 光觸媒的功能 • 光觸媒工作原理 • 光觸媒應用於教學、專題製作 • Q & A

  11. 光觸媒作用原理 • TiO2具有價帶及傳導帶，兩能帶間具有帶隙(Eg)，位於價帶中之電子不易移動，但電子若在傳導帶中則可自由移動。 • 當有足夠的能量克服帶隙使電子提升至傳導帶，並將電子、電洞傳遞至介面時，可催化水或氧氣產生自由基，如氫氧基(OH)、氧原子(O)、超氧離子(O2–)等。 • 這些自由基進一步分解水溶液中有機物，使得有機物分解成H2O、CO2或其他小分子等。

  12. 傳導帶 價帶 能隙與導電現象 導體 半導體 絕緣體

  13. 半導體的光催化

  14. 二氧化鈦照光後可催化水或氧氣

  15. 光觸媒殺菌功能 • 將有機物分解成無害的二氧化碳和水。 • 可以開發淨化空氣與水方面的應用，如殺菌、消毒、除臭等。 • 在醫療方面，則有發展抑制腫瘤或癌症治療的技術。

  16. 奈米銀與奈米光觸媒

  17. 光觸媒疏水性研究

  18. 蓮花效應

  19. (a)二氧化鈦照光前薄膜上的水滴 (b)照光後

  20. 二氧化鈦表面的防污功能

  21. 光觸媒於光電池的開發

  22. 本徵半導體(純半導體) 載流子(change carries)是由部分電子從價帶激發到傳導帶上所產生的，形成數目相等的電子和電洞

  23. N型半導體 施體(donor)向半導體導帶輸送電子形成以電子為主體的的結構

  24. P型半導體 受體(receptor)接受半導體價帶電子.形成以電洞為主體的結構

  25. Outline • 何謂光觸媒？ • 光觸媒的功能 • 光觸媒工作原理 • 光觸媒應用於教學、專題製作 • Q & A

  26. 光觸媒改良 • 添加金屬原子 • 添加金屬離子 • 加入其他半導體

  27. 學生專題製作 • 入選2007臺灣國際科展複審 • 第47屆中小學科學展覽會化學科佳作 • 入選臺灣科學教育館中學生專題製作 • 第48屆中小學科學展覽會應用科學佳作

  28. 實驗方法

  29. 謝謝您的聆聽 • Q & A • 碧霜老師：目前主要添加何種離子來改良光觸媒？ • 老師：我看過的是有添加銅離子，但是到底添加何種離子效果較好，仍不清楚。 • 欣怡老師：奈米銀可以打入細胞消除腫瘤，是將細胞刺破，在進行時如何標的腫瘤細胞？如何確定是否無害？ • 老師：醫師須確定腫瘤位置，再打入導管，引入紫外光。

  30. 碧霜老師：九二一的光觸媒口罩是否有研究支持其具有殺菌效果？碧霜老師：九二一的光觸媒口罩是否有研究支持其具有殺菌效果？ • 老師：若要達到殺菌效果，一定需要有紫外光的照射，因此這是不實的廣告。只要有活性碳口罩就足以吸附病毒。 • 欣怡老師：自由基易造成氧化，和負離子的差異為何？ • 老師：氯原子的周圍有七顆電子，當它和鈉結合時，周圍就會多一顆從鈉原子取得的離子，使周圍有八顆電子，而帶負電，即負離子；自由基的形成則是受到不平均的能量切割，遺失了一顆電子，就形成自由基。也可說若有不成對的電子，就是自由基。 • 欣怡老師：在一般紫外線過量的情況下，光觸媒能產生作用嗎? • 老師：我有試過，三天後的確就有啟動作用。

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