金屬矽酸鹽孔洞材料之合成與應用

Abstract

本論文主旨在於，利用簡單且快速的方式合成出具高表面積及高金屬氧化物分散性的金屬矽酸鹽(metal-silicate)孔洞材料，並對其應用進行探討。研究中發現此類型的材料，依照金屬氧化物的不同，可分別應用於催化觸媒、吸附劑以及螢光材料上，且都具有不錯的效果。藉由模擬自然界phyllosilicate礦物的生成機制，發展出二種合成方式，並致力於研究各類型metal-silicate之合成條件，以達到對材料表面積、孔洞大小以及金屬氧化物嵌入量的控制。 (1) 氧化矽剝蝕法製備zinc-silicate孔洞材料 對於zinc-silicate孔洞材料合成法的研究，是先製備出Zn(OH)2沉澱物，再引入中孔洞氧化矽，並利用100oC水熱所提供的能量，使中孔洞氧化矽溶解、剝蝕Zn(OH)2，並經由重組排列形成捲曲的片狀結構。在pH = 8 0，Zn/SiO2 = 0 60的合成條件下，經由水熱一天的反應，即可得到具有高面積(225 m2/g)及高分散性的zinc-stevensite材料。應用上，將此zinc-stevensite材料吸附適當濃度的Mn2+離子，並經由900oC?燒，使其轉相為Zn2SiO4:Mn2+，發現其在254 nm UV光的照射下，具有良好的綠色放光特性，使其在螢光粉的應用上具有潛力。 (2) 水熱重組法製備copper-silicate及nickel-silicate孔洞材料 為了更貼近自然界形成phyllosilicate的過程，本實驗將矽酸鈉酸化並加入金屬離子溶液，利用NaOH(aq)先合成amorphous metal-silicate沉澱物，再藉由水熱過程，金屬氫氧化物與氧化矽之間的溶解再重組過程，形成類管狀結構的copper phyllosilicate以及捲曲片狀結構的nickel phyllosilicate。此外，藉由改變實驗條件(反應pH值、金屬/氧化矽比例、水熱反應時間、氧化矽來源、反應濃度等)，找尋一最佳合成條件，並發現此合成方式具有很好的再現性和組成包容性，利用便宜的工業級矽酸鈉作為氧化矽來源，所合成的copper-silicate產物表面積可達到577 m2/g，而nickel-silicate達到507 m2/g，此結果對於大量合成的便利性和成本的考量是一大優勢。 在應用方面，經過初步的測試，發現以水熱重組法製備的metal-silicates具有良好的催化效果：添加10 wt % Fe的copper-silicate應用於甲醇產氫觸媒，而nickel-silicate則作為氨氣分解產氫之催化劑。 另外，在製備nickel-silicate複合材料的實驗過程中發現，藉由簡單的實驗條件的改變，以水熱後高結晶度的Ni(OH)2作為核心模板，改變不同的Ni/SiO2比例、水熱pH值，並經過水熱反應後，可得到具有六角板狀的Ni(OH)2@SiO2?孔洞材料，將此材料進行酸洗及在高溫下熱裂解，分別可得到空心六角板狀的中孔洞氧化矽材料以及Ni NPs@SiO2高磁性複合材料。

Date of Award	2014 Jul 25
Original language	Chinese
Supervisor	Hong-Ping Lin (Supervisor)