化學與奈米

組長:蔡智文組員:劉建良陳昱群謝承志(Quantum Dot)

蔡雅如桑崇陞李銘哲(Carbon Nanotube)劉士弘曾智達林宗翰(Catalyst)

Contents• 序論-D96223114 蔡智文• 量子點(Quantum Dot)

量子點合成介紹- D96223203 劉建良量子點在雷射上的應用-F94223027謝承志Quantum dot的應用- R96223218 陳昱群

• 奈米碳管(Carbon Nanotube)奈米碳管場發射顯示器-B94203069 蔡雅如奈米碳管的形貌-B94203070 李銘哲奈米碳管的應用-B94203025 桑崇陞

• 觸媒(Catalysts)Applications of meso-porous materials -R96223149 林宗翰直接甲醇燃料電池之陽極觸媒-R96223160 曾智達奈米光觸媒的介紹-D96223131 劉士弘總結-D96223114 蔡智文

Introduction

• 奈米材料泛指粒子尺寸大小在 1 ~ 100nm (nanometer = 10-9m)範圍內的材料。

• 在催化性質方面，由於奈米粒子體積非常小， 材料表面原子與整體材料原子的個數比例值就 變得非常顯著。

• 在光學性質上，當材料尺寸小至某一程度，也 就是粒子小於塊材的激子半徑(exciton length)， 此時奈米材料會有量子限量化的效應(quantum

confinement effect)。

量子點合成介紹

劉建良

D96223203

Synthesis of CdSe 2

o

Room-temperature absorption and emission spectra of CdSe nanocrystals monitored during the growth at 300 °C.

NANO LETTERS 2001, 1, 207-211

CdSe@ZnS synthesis

量子點在雷射上的應用

謝承志

F94223027

Laser Basics

Nonradiative Multiparticle Auger Recombination in NQDs

Quantization of Multiparticle Auger Rates in Semiconductor QDs

V. I. Klimov, M. G. Bawendi. Science 2000

CdSe R =2.8 nm

Lasing

Quantum Dot 應用

陳昱群

R96223218

Quantum dot in Solar Cell

Near Infrared Windows (650-900 nm)

•Low Tissue Absoprtion

•Low Tissue self-flouresence

Near Infrared Windows (650-900 nm)

•Low Tissue Absoprtion

•Low Tissue self-flouresence

Quantum dot in Biomedical

Rhodamine Typical quantum dot

QD- Surface modification

奈米碳管的形貌

李銘哲

B94203070

奈米碳管的發現

• C60的研究

• 1991年日本筑波NEC實驗室的飯島澄男 教授發現奈米碳管

奈米碳管的結構

• 碳原子以六元環排列成面，再捲成管 狀。

• 五元環與七元環造成碳管的彎曲。

奈米碳管的類型

奈米碳管的製備

• 電弧放電法

• 雷射燒蝕法

• 化學氣相沉積法

奈 米 碳 管

蔡雅如

B94203069

奈米碳管的結構

( )2223 nmnmad cct ++= −

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

= −nm

n2

3tan 1θ

直徑：

手性角：

由不同n、m值決定相異奈米碳管結構

（1）n＝m（n，m）扶手椅型 （Armchair）

（2）n≠0，m＝0（n，0）鋸齒型 （Zigzag）

（3）n、m為任意整數（n，m）對掌型 （Chiral）

連接不同管徑之奈米碳管

奈米碳管場發射顯示器

具備液晶顯示器（Liquid-Crystal Display； LCD）輕薄短小與 陰極射線管（Cathode-Ray Tube；CRT）螢幕高亮度特性。

場發射顯示器（Field Emission Display；FED）

美國PixTech / 友達代工的薄膜式FED

低導通電場高發射電流密度高穩定體積縮小省電高發光效率無視角問題低成本

場發射顯示器技術厚膜網印製程

FED技術發展

傳統Spindt形式微尺寸陣列場發射子，結構上每個陣列單元 皆包含一個圓孔，圓孔內含一個金屬錐。

初期：

以奈米碳管作為場發射元件

現在：

FED技術原理

厚膜網印製程

奈米碳管場發射器

奈米碳管的應用

桑崇陞

B94203025

Nano tweezers

CNT(carbon nanotube)CNT(carbon nanotube)CNT(carbon nanotube)

奈米碳管做為source(源極)和drain(汲極)之間的電流通道，施加以不同的gate(閘極)電壓改變奈米碳管上電場強度，以控制其電流通道的寬窄以達到FET元件電流的開關功能(on、off)。

奈米碳管做為source(源極)和drain(汲極)之間的電流通道，施加以不同的gate(閘極)電壓改變奈米碳管上電場強度，以控制其電流通道的寬窄以達到FET元件電流的開關功能(on、off)。

Field-effect transistor(FET)

碳鋅電池(乾電池)碳鋅電池(乾電池) 鋰電池(二次 電池) 鋰電池(二次

電池)

全世界第一個電池全世界第一個電池

燃料電池燃料電池？

奈米電池奈米電池

APPLICATIONS OF MESO- POROUS MATERIALS

林宗翰

R96223149

Nano-porous material

Self – Assembly mechanism

C. T. Kresge, M. E. Leonowicz, W. J. Roth, J. C. Vartuli, J. S. Beck,Nature 1992, 359, 710 - 712 .

CSPTMS+TEOS+P1231.

Co-condensation

2.

Hydrolysis of chlorosulfonyl groups

Ar-SO3H SBA-15

Conclusions

• These materials show better catalytic performance.

• Tuning of the acid strength of the silica surface will definitively open up new possibilities for preparation of acid-solid catalysts

直接甲醇燃料電池之陽極觸媒

曾智達

R96223160

筆記型燃料電池 東芝展出的DMFC的折叠手機模型

http://aving.net/usa/news/default.asp?mode=read&c_num=55071&C_Code=07&SP_Num=0

甲醇在鉑金屬及其合金上的反應機制

Pt(s) + CH3

OH →

Pt-(CH3

OH)ads Pt-(CH3

OH)ads + Pt(s) →

Pt-(CH2OH)ads + H+

+ e-

Pt-(CH2

OH)ads + Pt(s) →

Pt2-(CHOH)ads + H+

+ e-

Pt2-(CHOH)ads + Pt(s) →

Pt3-(COH)ads + H+

+ e-

Pt3-(CHO)ads + Pt(s) →

Pt-(CO)ads + H+

+ e-

e-

1. Pt催化甲醇並吸附CO：Pt -

(CH3

OH)ads ® Pt -

(CO)ads + 4H

+

+4e-

2. Ru在低電壓吸附OH：Ru -

(H2

O)ads

® Ru -

(OH)ads

+ H +

+ e-

3. Ru-(OH)ads 使Pt-(CO)ads 在低電位氧化：Pt-

(CO) ads +Ru-

(OH)ads

®Pt+Ru+CO2

+H+

+e-

第二種金屬的加入

觸媒的電催化活性強弱隨其中Pt / Ru 的比例依序變化為:1/ 1 ＞

2/ 1 ＞

4/ 1 ＞

1/ 2 ＞

1/ 0

奈米光觸媒的介紹

劉士弘

D96223131

光觸媒的反應可以視為：利用觸媒並且牽涉到光線吸收的催化反應。所有因吸收光線而產生的催化反應，都可以稱為光觸媒反應，而其所使用的物質就稱為光觸媒。

光觸媒的種類如TiO2、Zn、SnO2、CdS、葉綠素、金屬錯合物（染料）等

TiO2的優點有四：

1. TiO2可耐強酸、強鹼及有機溶劑。

2. TiO2在光化學反應中，不會發生自身溶解的現象。

3. TiO2不含有毒性物質。

4. TiO2的原料鈦礦源豐富，價格低廉。

奈米光觸媒的反應機制當TiO2受到大於TiO2能隙寬度的光線照射後，電子會從價帶躍遷到導電帶，因而產生電子—電洞對。其中電子具有還原性，電洞具有氧化性，電洞會和TiO2表面上的OH-反應生成氧化性很高的．OH自由基，電子則會與氧分子結合形成．O2-自由基，活潑的．OH自由基和．O2-自由基可以將有機物分解，而變成CO2與H2 O，達到淨化的效果。在光源方面，由於TiO2的能隙大小約為3.2 eV，相當於波長為387.5 nm的光波所攜帶的能量，因此欲將TiO2的電子自價帶激發到導電帶時，必須提價波長小於387.5 nm的紫外線光源，才能使TiO2產生光觸媒反應。

奈米光觸媒的應用

奈米光觸媒的自我潔淨

光觸媒未來的展望近年來隨著奈米科技的發展，奈米粒子具有大表面積的特性，使得TiO2的光催化特性有大大的提升。此外，由於奈米粒子的量子限量效應，其尺寸越小時，價帶與導電帶間的能隙越寬，奈米級TiO2會有更強的氧化能力。由於TiO2光觸媒所使用的光源位於紫外光波段，紫外光能量僅佔太陽總能量的5%，使得TiO2的應用範圍受到很大的限制。因此TiO2光催化效率的提升及奈米科技的發展，將是未來重要的研究方向，可以預見在不久的未來，奈米光觸媒科技將會有效地改善的我們生活環境。

Conclusion

‧奈米材料作為一種新的材料發展很快，製備 方法以物理法和化學法結合以達到優勢互補 的綜合方法正在大斷湧現。

‧大多數製備技術尚處於實驗室研究階段，僅 個別開始進入應用階段，而且存在產量低、 成本高、難以商業化生產等問題。

‧可以預期奈米材料不論是應用在量子點、奈 米碳管或觸媒的發展都將更為新穎。

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學生報告目錄

化學與奈米ContentsIntroduction量子點合成介紹Synthesis of CdSe Room-temperature absorption and emission spectra of�CdSe nanocrystals monitored during the growth at 300 °C.�CdSe@ZnS synthesis量子點在雷射上的應用Slide Number 9Slide Number 10Laser BasicsNonradiative Multiparticle Auger Recombination in NQDsQuantization of Multiparticle Auger Rates in Semiconductor QDsLasingSlide Number 15Quantum Dot 應用Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21奈米碳管的形貌奈米碳管的發現奈米碳管的結構奈米碳管的類型奈米碳管的製備奈 米 碳 管 奈米碳管的結構 Slide Number 29奈米碳管場發射顯示器FED技術發展 Slide Number 32FED技術原理 厚膜網印製程 奈米碳管場發射器 奈米碳管的應用Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40APPLICATIONS OF MESO-POROUS MATERIALS ��Nano-porous material�Self – Assembly mechanism Slide Number 44Slide Number 45Slide Number 46Slide Number 47Slide Number 48Conclusions直接甲醇燃料電池之陽極觸媒Slide Number 51甲醇在鉑金屬及其合金上的反應機制Slide Number 53Slide Number 54Slide Number 55Slide Number 56Slide Number 57Slide Number 58Slide Number 59Slide Number 60ConclusionSlide Number 62