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曙紅及香豆素敏化含氮硫光觸媒之光電特性 及光催化效率研究

為了解決110vled燈條的問題，作者蔡靜宜 這樣論述：

由於光敏劑結合光觸媒技術製作染料敏化太陽能電池(DSSC)材料之效果及應用逐漸受到重視，本研究採用適合之光敏劑(香豆素(C9H6O2) 和曙紅(C20H6Br4Na2O5))敏化表面改質含氮硫光觸媒(TiNxO2-xSy, TNST) 並於室內可見光燈源下(日光燈管 (VLL)、紅色LED (RLED）、藍色LED (BLED）及白光LED(WLED))，探討染料敏化含氮硫光觸媒之光產電特性，及光催化降解室內污染物之效益，並做相關性比較及討論。本研究分為染料敏化光觸媒材料製備及特性分析、組裝成染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell, DSSC)及產電特性分析及

染料敏化含氮硫光觸媒光催化特性及反應速率探討。在染料敏化光觸媒材料特性分析部分，包括EA、SEM、BET、UV-Vis、XRD及NMR等。研究結果顯示，染料敏化TNST(DSNST)之EA分析中，N含量為0.19~0.29 wt. %，S含量則為 1.51~1.67 wt. %。SEM分析粒徑平均約為15~25 nm。BET為95.68~120.71 m2g-1，而由XRD及NMR可得知其晶型為Anatase。利用染料敏化含氮硫光觸媒組裝之太陽能電池特性分析則使用循環伏安儀進行開路電壓(open-circuited output voltage, Voc) 、閉路電流(Average shor

t circuited current, ISC )、填充因子(fill factor, FF) 、最大輸出功率 (maximum power, Pmax)及電壓(V)-電流(I)曲線測試。結果顯示，香豆素敏化含氮硫光觸媒組裝之太陽能電池(CONSDSSC)於各種光源下均有最高之Pmax，而以於VLL下有最大光產電效果，其Voc、ISC、FF、及Pmax分為24.4 Voc/g、0.025 mA、0.66、及4.81 μW。主要原因為香豆素除了在343 nm有光吸收峰外，其於457.5~541.5 nm藍至綠光範圍內亦有強吸收峰。曙紅敏化含氮硫光觸媒組裝之太陽能電池(EYNSDSSC)於BLE

D時則有最大之Voc，其值為26.7 Voc/g。主要原因為曙紅吸收峰介於263~317.5 nm間，偏向UVA及UVB範圍，因此，可見光非其主要吸光範圍。比較各不同光源下之平均Pmax值，其依序為CONSDSSC (3.60 μW) > EYNSDSSC (2.13 μW) > TNSSC (1.16 μW) > TSC (0.51 μW) > EYDSSC (0.5 μW) > CODSSC (0.42 μW)。依此結果顯示，光觸媒含氮硫後敏化對提升Pmax有幫助，而如果無含氮硫，只是添加敏化劑，則對Pmax效果不明顯。除此之外，含氮硫光觸媒組裝之太陽能電池其各項光電特性指標均高於商用光觸

媒組裝之電池。證明染料敏化含氮硫光觸媒可以大幅提高光產電特性且明顯改變其吸光波長，產生紅移現象。染料敏化TNST之光催化降解中，以香豆素敏化含氮硫光觸媒(CONSDST)降解甲苯有最佳之增進效果，在甲苯初始濃度為30 ppmv，其於VLL下，10分鐘內可降解甲苯93 %，單位觸媒降解甲苯量可達503.74 mg/g，其假一階速率常數kobs及初始光催化反應速率ro分別為0.34 min-1及10.30 ppmv min-1。與同為VLL下無敏化TNST的kobs及ro’相比，分別為其5.55及5.88倍，增進效果顯著。CONSDST於VLL下光催化降解之T10、T50及T90分別為1、3及7

min。而不管任何光源下，其kobs及ro值均依序為CONDST > TNST > EYNSDST。因此顯示CONSDST適合各色波長，特別是在白光波長時其對光催化有明顯增進效果。比較光電轉換效應(Pmax)與光催化反應速率(ro)下，顯示只有CONSDST其於各光源的Pmax和各光源下的r0有相同趨勢，依序均為VLL > BLED > WLED > RLED。顯示在以香豆素為染料，敏化含氮硫光觸媒所形成的材料，其受光激發產電及產生光催化所需之激發電子電洞對有正相關性。針對Pmax和r0的迴歸結果，其相關方程式為r0=3.46×10-2 e1.1185Pmax，Pmax及r0單位分別為μW及p

pmv min-1。因此從本研究得到之結果，可以適用於室內DSSC和室內染料敏化光觸媒之污染物光催化設計。未來更可依此進行更深入之探討，協助現今DSSC效率瓶頸的突破。