研究生: |
張學仁 Chang, Hsueh-Jen |
---|---|
論文名稱: |
具半導體特性之複合中孔薄膜之合成、鑑定及應用 Syntheses, Characterizations and Applications of Mesoporous Zeolite-Graphene Oxide Thin Films |
指導教授: |
劉沂欣
Liu, Yi-Hsin |
學位類別: |
碩士 Master |
系所名稱: |
化學系 Department of Chemistry |
論文出版年: | 2018 |
畢業學年度: | 106 |
語文別: | 中文 |
論文頁數: | 97 |
中文關鍵詞: | 中孔道沸石薄膜 、中孔道氧化石墨烯–沸石複合薄膜 、氧化石墨烯 、垂直中孔道 |
英文關鍵詞: | mesoporous zeolite thin films, mesoporous graphene-oxide thin films, graphene-oxide, vertical mesochannels |
DOI URL: | http://doi.org/10.6345/THE.NTNU.DC.067.2018.B05 |
論文種類: | 學術論文 |
相關次數: | 點閱:149 下載:3 |
分享至: |
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
本研究利用三組成界面活性劑於溶液中自組裝形成微胞,並於矽晶片基板表面排列而形成的模板,在加入沸石晶種後,於模板周圍聚合生成具有中孔洞結構的沸石薄膜。分別透過界面活性劑組成調整、矽晶片表面處理以及沸石晶種的調控等,有效優化中孔洞沸石薄膜的形貌。並通過電子顯微鏡以及低略角X光散射來觀察中孔洞沸石薄膜的形貌以及結構。中孔洞沸石薄膜具有高度整齊排列、垂直於基板的中孔道結構,孔徑大小約為6-8 nm,於矽晶片表面具有極高的覆蓋率。得益於中孔道沸石薄膜的沸石組成以及中孔形貌,中孔道沸石薄膜在作為空間限制的載體以及催化等方面具有各種用途。
而通過簡單的化學氣相沉積過程,在不需添加任何額外的催化劑下,乙烯氣體能夠直接於此中孔洞沸石材料表面裂解,在不破壞中孔道結構、不堵塞孔洞的情況下生成石墨烯氧化物並包覆形成中孔洞氧化石墨烯–沸石複合材料。經由拉曼光譜以及X光光電子能譜進行材料組成鑑定確認其石墨烯氧化物的組成。藉由合成溫度、碳源以及降溫程序等製程上的調控,有效優化中孔道氧化石墨烯–沸石複合薄膜的合成,將原本中孔道沸石薄膜的導電度提升兩個級數以上,並大大增加了其在電化學方面的應用。
Highly ordered mesoporous zeolite thin films (MZTFs) were successfully grown on silicon wafers via interfacial self-assembly of micelles composed of a tri-surfactant system in a Stöber-like solution. With the systematical adjustments of micelle composition, wafer pretreatments, beta zeolite synthesis procedure, etc., the morphology of MZTFs can be optimized. MZTFs with extremely ordered hexagonal vertical channels and well-defined pore sizes (6-8 nm) can be synthesis on silicon wafers of centimeter-size examined by electron microscopy and grazing-incidence small-angle X-ray scattering techniques. Thanks to the morphology and the zeolite composition, MZTFs are potential materials for space-confined carriers, heterogeneous catalysts, etc.
Mesoporous graphene-oxide thin films (MGTFs) with highly ordered hexagonal vertical channels as its template, MZTFs, were synthesis via simple chemical vapor deposition. Without any catalyst, ethylene can be pyrolyzed above zeolite surface into graphene-oxide directly evidenced in Raman spectroscopy and XPS techniques. After optimizing MGTFs synthesis procedure including reaction temperature, carbon source, cooling program, etc., the conductivity of MGTFs can be improved at least two magnitudes compared to its framework, MZTFs, and paved the way on the electrochemical application.
(1) Cundy, C. S.; Cox, P. A. Chem. Rev. 2003, 103, 663-702.
(2) Corma, A. Chem. Rev. 1997, 97, 2373-2420.
(3) Pires, J.; Carvalho, A.; de Carvalho, M. B. Microporous Mesoporous Mater. 2001, 43, 277-287.
(4) Davis, M. E. Nature 2002, 417, 813.
(5) Tao, Y.; Kanoh, H.; Abrams, L.; Kaneko, K. Chem. Rev. 2006, 106, 896-910.
(6) Rubio-Marqués, P.; Rivero-Crespo, M. A.; Leyva-Pérez, A.; Corma, A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 11832-11837.
(7) Taguchi, A.; Schüth, F. Microporous Mesoporous Mater. 2005, 77, 1-45.
(8) María, V.-R.; Francisco, B.; Daniel, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 7548-7558.
(9) B., P.; M., H.; H., P.; U., M. Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 520-524.
(10) Lu, G.; Li, S.; Guo, Z.; Farha, O. K.; Hauser, B. G.; Qi, X.; Wang, Y.; Wang, X.; Han, S.; Liu, X.; DuChene, J. S.; Zhang, H.; Zhang, Q.; Chen, X.; Ma, J.; Loo, S. C. J.; Wei, W. D.; Yang, Y.; Hupp, J. T.; Huo, F. Nature Chemistry 2012, 4, 310.
(11) Peng, Y.; Li, Y.; Ban, Y.; Jin, H.; Jiao, W.; Liu, X.; Yang, W. Science 2014, 346, 1356-1359.
(12) Weitkamp, J. Solid State Ionics 2000, 131, 175-188.
(13) Corma, A. J. Catal. 2003, 216, 298-312.
(14) Egeblad, K.; Christensen, C. H.; Kustova, M.; Christensen, C. H. Chem. Mater. 2008, 20, 946-960.
(15) Choi, M.; Na, K.; Kim, J.; Sakamoto, Y.; Terasaki, O.; Ryoo, R. Nature 2009, 461, 246.
(16) Jiang, J.; Zhao, Y.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3255-3265.
(17) Lin, H.-Y.; Chin, C.-Y.; Huang, H.-L.; Huang, W.-Y.; Sie, M.-J.; Huang, L.-H.; Lee, Y.-H.; Lin, C.-H.; Lii, K.-H.; Bu, X.; Wang, S.-L. Science 2013, 339, 811-813.
(18) Bell, A. T. Science 2003, 299, 1688-1691.
(19) Zamaro, J. M.; Ulla, M. A.; Miró, E. E. Catal. Today 2005, 107-108, 86-93.
(20) Lam, C. H.; Hsu, W.-J.; Chi, H.-Y.; Kang, Y.-H.; Chen, J.-J.; Kang, D.-Y. Microporous Mesoporous Mater. 2018, 267, 171-180.
(21) Wang, X.; Yang, Z.; Yu, C.; Yin, L.; Zhang, C.; Gu, X. Microporous Mesoporous Mater. 2014, 197, 17-25.
(22) Liu, W.; Zhang, J.; Canfield, N.; Saraf, L. Industrial & Engineering Chemistry Research 2011, 50, 11677-11689.
(23) Lam, C. H.; Chi, H.-Y.; Hsu, S.-M.; Li, Y.-S.; Lee, W.-Y.; Cheng, I. C.; Kang, D.-Y. RSC Advances 2017, 7, 49048-49055.
(24) Beving, D. E.; McDonnell, A. M. P.; Yang, W.; Yan, Y. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, B325-B329.
(25) Liu, Y.; Shen, D.; Chen, G.; Elzatahry, A. A.; Pal, M.; Zhu, H.; Wu, L.; Lin, J.; Al‐Dahyan, D.; Li, W.; Zhao, D. Adv. Mater. 2017, 29, 1702274.
(26) Vilà, N.; André, E.; Ciganda, R.; Ruiz, J.; Astruc, D.; Walcarius, A. Chem. Mater. 2016, 28, 2511-2514.
(27) Clark Wooten, M. K.; Koganti, V. R.; Zhou, S.; Rankin, S. E.; Knutson, B. L. ACS Applied Materials & Interfaces 2016, 8, 21806-21815.
(28) Zhou, Z.; Hartmann, M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 3894-3912.
(29) Kao, K.-C.; Lee, C.-H.; Lin, T.-S.; Mou, C.-Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 4653-4662.
(30) Wu, C.-G.; Bein, T. Science 1994, 264, 1757.
(31) Li, C.; Sato, T.; Yamauchi, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 8050-8053.
(32) Wang, Y.-W.; Kao, K.-C.; Wang, J.-K.; Mou, C.-Y. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 24382-24388.
(33) Beck, J. S.; Vartuli, J. C.; Roth, W. J.; Leonowicz, M. E.; Kresge, C. T.; Schmitt, K. D.; Chu, C. T. W.; Olson, D. H.; Sheppard, E. W.; McCullen, S. B.; Higgins, J. B.; Schlenker, J. L. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10834-10843.
(34) Kresge, C. T.; Leonowicz, M. E.; Roth, W. J.; Vartuli, J. C.; Beck, J. S. Nature 1992, 359, 710.
(35) Zhao, D.; Feng, J.; Huo, Q.; Melosh, N.; Fredrickson, G. H.; Chmelka, B. F.; Stucky, G. D. Science 1998, 279, 548-552.
(36) Frank, H.; Maximilian, C.; Jürgen, M.; Michael, F. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3216-3251.
(37) Wu, S.-H.; Mou, C.-Y.; Lin, H.-P. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 3862-3875.
(38) Zhang, Y.; Hou, Z.; Ge, Y.; Deng, K.; Liu, B.; Li, X.; Li, Q.; Cheng, Z.; Ma, P. a.; Li, C.; Lin, J. ACS Applied Materials & Interfaces 2015, 7, 20696-20706.
(39) Li, X.; Zhang, J.; Gu, H. Langmuir 2012, 28, 2827-2834.
(40) Chen, Y.-P.; Chen, C.-T.; Hung, Y.; Chou, C.-M.; Liu, T.-P.; Liang, M.-R.; Chen, C.-T.; Mou, C.-Y. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1516-1523.
(41) Wang, H.; Jeong, H. Y.; Imura, M.; Wang, L.; Radhakrishnan, L.; Fujita, N.; Castle, T.; Terasaki, O.; Yamauchi, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14526-14529.
(42) Kónya, Z.; Puntes, V. F.; Kiricsi, I.; Zhu, J.; Ager, J. W.; Ko, M. K.; Frei, H.; Alivisatos, P.; Somorjai, G. A. Chem. Mater. 2003, 15, 1242-1248.
(43) Chen, P.-K.; Lai, N.-C.; Ho, C.-H.; Hu, Y.-W.; Lee, J.-F.; Yang, C.-M. Chem. Mater. 2013, 25, 4269-4277.
(44) Attard, G. S.; Glyde, J. C.; Göltner, C. G. Nature 1995, 378, 366.
(45) Blin, J. L.; Imperor-Clerc, M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 4071-4082.
(46) Yi, Z.; Dumée, L. F.; Garvey, C. J.; Feng, C.; She, F.; Rookes, J. E.; Mudie, S.; Cahill, D. M.; Kong, L. Langmuir 2015, 31, 8478-8487.
(47) Hollamby, M. J.; Borisova, D.; Brown, P.; Eastoe, J.; Grillo, I.; Shchukin, D. Langmuir 2012, 28, 4425-4433.
(48) Yeh, Y.-Q.; Lin, H.-P.; Tang, C.-Y.; Mou, C.-Y. J. Colloid Interface Sci. 2011, 362, 354-366.
(49) Manne, S.; Gaub, H. E. Science 1995, 270, 1480-1482.
(50) Lu, Y.; Ganguli, R.; Drewien, C. A.; Anderson, M. T.; Brinker, C. J.; Gong, W.; Guo, Y.; Soyez, H.; Dunn, B.; Huang, M. H.; Zink, J. I. Nature 1997, 389, 364.
(51) Sanchez, C.; Boissière, C.; Grosso, D.; Laberty, C.; Nicole, L. Chem. Mater. 2008, 20, 682-737.
(52) Faustini, M.; Louis, B.; Albouy, P. A.; Kuemmel, M.; Grosso, D. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 7637-7645.
(53) Walcarius, A.; Sibottier, E.; Etienne, M.; Ghanbaja, J. Nat. Mater. 2007, 6, 602.
(54) Alizadeh, S.; Nematollahi, D. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4753-4761.
(55) Shan, F.; Lu, X.; Zhang, Q.; Wu, J.; Wang, Y.; Bian, F.; Lu, Q.; Fei, Z.; Dyson, P. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20238-20241.
(56) Yamauchi, Y.; Sawada, M.; Noma, T.; Ito, H.; Furumi, S.; Sakka, Y.; Kuroda, K. J. Mater. Chem. 2005, 15, 1137-1140.
(57) Hara, M.; Nagano, S.; Seki, T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13654-13656.
(58) Wang, Z.-M.; Wang, W.; Coombs, N.; Soheilnia, N.; Ozin, G. A. ACS Nano 2010, 4, 7437-7450.
(59) Ma, C.; Han, L.; Jiang, Z.; Huang, Z.; Feng, J.; Yao, Y.; Che, S. Chem. Mater. 2011, 23, 3583-3586.
(60) Mondal, M. H.; Malik, S.; Roy, A.; Saha, R.; Saha, B. RSC Advances 2015, 5, 92707-92718.
(61) Kao, K.-C.; Lin, C.-H.; Chen, T.-Y.; Liu, Y.-H.; Mou, C.-Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3779-3782.
(62) Zongtao, Z.; Yu, H.; Lei, Z.; Runwei, W.; Yi, Y.; Shilun, Q.; Dongyuan, Z.; Feng-Shou, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1258-1262.
(63) Zhang, Z.; Han, Y.; Xiao, F.-S.; Qiu, S.; Zhu, L.; Wang, R.; Yu, Y.; Zhang, Z.; Zou, B.; Wang, Y.; Sun, H.; Zhao, D.; Wei, Y. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5014-5021.
(64) Shi, J.; Wang, Y.; Yang, W.; Tang, Y.; Xie, Z. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 8877-8903.
(65) Lew, C. M.; Cai, R.; Yan, Y. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 210-219.
(66) Hata, K.; Futaba, D. N.; Mizuno, K.; Namai, T.; Yumura, M.; Iijima, S. Science 2004, 306, 1362.
(67) Wu, C.-W.; Ohsuna, T.; Kuwabara, M.; Kuroda, K. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4544-4545.
(68) Oveisi, H.; Jiang, X.; Imura, M.; Nemoto, Y.; Sakamoto, Y.; Yamauchi, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7410-7413.
(69) Kuemmel, M.; Grosso, D.; Boissière, C.; Smarsly, B.; Brezesinski, T.; Albouy, P. A.; Amenitsch, H.; Sanchez, C. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4589-4592.
(70) Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O'Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. Nature 1985, 318, 162.
(71) Iijima, S. Nature 1991, 354, 56.
(72) Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306, 666-669.
(73) Kim, K. S.; Zhao, Y.; Jang, H.; Lee, S. Y.; Kim, J. M.; Kim, K. S.; Ahn, J.-H.; Kim, P.; Choi, J.-Y.; Hong, B. H. Nature 2009, 457, 706.
(74) Lian, H. Y.; Dutta, S.; Tominaka, S.; Lee, Y. A.; Huang, S. Y.; Sakamoto, Y.; Hou, C. H.; Liu, W. R.; Henzie, J.; Yamauchi, Y.; Wu, K. C. Small 2018, 0, e1702054.
(75) Lightcap, I. V.; Kamat, P. V. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2235-2243.
(76) Sun, X.; Liu, Z.; Welsher, K.; Robinson, J. T.; Goodwin, A.; Zaric, S.; Dai, H. Nano Res 2008, 1, 203-212.
(77) Berger, C.; Song, Z.; Li, X.; Wu, X.; Brown, N.; Naud, C.; Mayou, D.; Li, T.; Hass, J.; Marchenkov, A. N.; Conrad, E. H.; First, P. N.; de Heer, W. A. Science 2006, 312, 1191-1196.
(78) Emtsev, K. V.; Bostwick, A.; Horn, K.; Jobst, J.; Kellogg, G. L.; Ley, L.; McChesney, J. L.; Ohta, T.; Reshanov, S. A.; Röhrl, J.; Rotenberg, E.; Schmid, A. K.; Waldmann, D.; Weber, H. B.; Seyller, T. Nat. Mater. 2009, 8, 203.
(79) Guermoune, A.; Chari, T.; Popescu, F.; Sabri, S. S.; Guillemette, J.; Skulason, H. S.; Szkopek, T.; Siaj, M. Carbon 2011, 49, 4204-4210.
(80) Dahal, A.; Batzill, M. Nanoscale 2014, 6, 2548-2562.
(81) Hummers, W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339-1339.
(82) Marcano, D. C.; Kosynkin, D. V.; Berlin, J. M.; Sinitskii, A.; Sun, Z.; Slesarev, A.; Alemany, L. B.; Lu, W.; Tour, J. M. ACS Nano 2010, 4, 4806-4814.
(83) He, H.; Klinowski, J.; Forster, M.; Lerf, A. Chem. Phys. Lett. 1998, 287, 53-56.
(84) Uhl, F. M.; Wilkie, C. A. Polym. Degrad. Stab. 2004, 84, 215-226.
(85) Stankovich, S.; Piner, R. D.; Chen, X.; Wu, N.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. J. Mater. Chem. 2006, 16, 155-158.
(86) Hontoria-Lucas, C.; López-Peinado, A. J.; López-González, J. d. D.; Rojas-Cervantes, M. L.; Martín-Aranda, R. M. Carbon 1995, 33, 1585-1592.
(87) Goki, E.; Yun-Yue, L.; Cecilia, M.; Hisato, Y.; Hsin-An, C.; I-Sheng, C.; Chun-Wei, C.; Manish, C. Adv. Mater. 2010, 22, 505-509.
(88) Luo, Z.; Vora, P. M.; Mele, E. J.; Johnson, A. T. C.; Kikkawa, J. M. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 111909.
(89) Eda, G.; Mattevi, C.; Yamaguchi, H.; Kim, H.; Chhowalla, M. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 15768-15771.
(90) Pulickal, R. L.; Manuel, B.; Edward, S. J.; Laura, E. A.; Eduardo, C.-S.; Nestor, P.-L.; Aaron, M.-G.; Humberto, T.; Morinobu, E.; Pilar, M.; Mauricio, T. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 4985-4993.
(91) Boland, C. S.; Khan, U.; Backes, C.; O’Neill, A.; McCauley, J.; Duane, S.; Shanker, R.; Liu, Y.; Jurewicz, I.; Dalton, A. B.; Coleman, J. N. ACS Nano 2014, 8, 8819-8830.
(92) Shi, L.; Pang, C.; Chen, S.; Wang, M.; Wang, K.; Tan, Z.; Gao, P.; Ren, J.; Huang, Y.; Peng, H.; Liu, Z. Nano Lett. 2017, 17, 3681-3687.
(93) Zhu, J.; Wang, Y.; Liu, J.; Zhang, Y. Industrial & Engineering Chemistry Research 2014, 53, 13711-13717.
(94) Ramesh, P.; Kishi, N.; Sugai, T.; Shinohara, H. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 130-135.
(95) Li, D.; Qiu, L.; Wang, K.; Zeng, Y.; Li, D.; Williams, T.; Huang, Y.; Tsapatsis, M.; Wang, H. Chem. Commun. 2012, 48, 2249-2251.
(96) Ko, S. H.; Lee, T.; Park, H.; Ahn, D.-S.; Kim, K.; Kwon, Y.; Cho, S. J.; Ryoo, R. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7101-7107.
(97) Swathi, R. S.; Sebastian, K. L. The Journal of Chemical Physics 2008, 129, 054703.
(98) Xie, L.; Ling, X.; Fang, Y.; Zhang, J.; Liu, Z. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9890-9891.
(99) Ling, X.; Xie, L.; Fang, Y.; Xu, H.; Zhang, H.; Kong, J.; Dresselhaus, M. S.; Zhang, J.; Liu, Z. Nano Lett. 2010, 10, 553-561.
(100) Li, S.; Aphale, A. N.; Macwan, I. G.; Patra, P. K.; Gonzalez, W. G.; Miksovska, J.; Leblanc, R. M. ACS Applied Materials & Interfaces 2012, 4, 7069-7075.
(101) Shih, P.-C.; Lin, H.-P.; Mou, C.-Y., Ultrastable acidic MCM-48-S assembled from zeolite seeds. In Stud. Surf. Sci. Catal., Park, S.-E.; Ryoo, R.; Ahn, W.-S.; Lee, C. W.; Chang, J.-S., Eds. Elsevier: 2003; Vol. 146, pp 557-560.
(102) Kao, K.-C.; Mou, C.-Y. Microporous Mesoporous Mater. 2013, 169, 7-15.
(103) Tah, B.; Pal, P.; Mahato, M.; Talapatra, G. B. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 8493-8499.
(104) Miyata, H.; Suzuki, T.; Fukuoka, A.; Sawada, T.; Watanabe, M.; Noma, T.; Takada, K.; Mukaide, T.; Kuroda, K. Nat. Mater. 2004, 3, 651.
(105) Innocenzi, P.; Malfatti, L. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 4198-4216.
(106) Yazdi, G.; Iakimov, T.; Yakimova, R. Crystals 2016, 6, 53.
(107) Luo, X.; Ma, W.; Zhou, Y.; Liu, D.; Yang, B.; Dai, Y. Nanoscale Res. Lett. 2009, 5, 252.
(108) Welz, S.; McNallan, M. J.; Gogotsi, Y. J. Mater. Process. Technol. 2006, 179, 11-22.
(109) Ferrari, A. C.; Robertson, J. Physical Review B 2000, 61, 14095-14107.
(110) Li, Y.; Liu, Z.; Lu, X.; Su, Z.; Wang, Y.; Liu, R.; Wang, D.; Jian, J.; Lee, J. H.; Wang, H.; Yu, Q.; Bao, J. Nanoscale 2015, 7, 1601-1605.