<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/27809" type="text/javascript"></script>

ไททาเนีย: ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบใช้แสงร่วม ไททาเนียหรือไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เป็นสารกึ่งตัวนำที่ถูกนำมาใช้ในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาแบบใช้แสงร่วมมากที่สุด ผู้เขียน: ดร.ธรรมนูญ ศรีทะวงศ์ ชมแล้ว: 57,303 ครั้ง post ครั้งแรก: Fri 13 July 2007, 10:02 pm ปรับปรุงล่าสุด: Tue 22 January 2008, 3:33 pm อยู่ในส่วน: เคมี, เทคโนโลยีวัสดุ

เนื่องจากไททาเนียมีตำแหน่งที่ว่างของออกซิเจนในโครงสร้างผลึก ไททาเนียจึงจัดได้ว่าเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (n-type semiconductor) ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบใช้แสงร่วมที่เป็นสารกึ่งตัวนำนั้นจะมีความสามารถในการดูดซับสารตั้งต้นในการเกิดปฏิกิริยา 2 ชนิดไปพร้อมๆกัน ซึ่งสามารถก่อให้เกิดทั้งปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดัคชัน (Oxidation and reduction reactions) โดยการกระตุ้นด้วยการดูดกลืนโฟตอนที่มีพลังงานเท่ากับหรือมากกว่าค่าพลังงานแบนด์แกป (Band gap energy) ความสามารถของสารกึ่งตัวนำที่จะถ่ายโอนอิเลคตรอนไปยังสารตั้งต้นในการเกิดปฏิกิริยาที่ถูกดูดซับไว้นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของพลังงานแบนด์แกปของสารกึ่งตัวนำและตำแหน่งของศักย์พลังงานในการเกิดรีดอกซ์ (Redox) ของสารที่ถูกดูดซับ โดยปกติแล้วระดับของพลังงานที่ต่ำที่สุดของคอนดัคชันแบนด์ (Conduction band) จะเป็นระดับของศักย์พลังงานที่ทำให้เกิดปฏิกิริยารีดัคชันด้วยอิเลคตรอนที่ถูกกระตุ้น (Excited electron) ในทางกลับกัน ระดับของพลังงานที่สูงที่สุดของวาเลนซ์แบนด์ (Valence band) จะเป็นระดับศักย์พลังงานที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยโฮล (Hole) ที่เหลืออยู่หลังจากที่อิเลคตรอนถูกกระตุ้นไปแล้ว


รูปที่ 3 กระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อสารกึ่งตัวนำไททาเนียถูกกระตุ้นด้วยแสง
(ที่มา: http://www.novapure.com/DesktopDefault.aspx?tabid=71&showlogin=1)

สารกึ่งตัวนำแตกต่างจากโลหะคือ มีความไม่ต่อเนื่องของระดับพลังงาน ทำให้เกิดเป็นช่องว่างของระดับพลังงานหรือแบนด์แกป ซึ่งส่งผลให้เกิดการแยกจากกันของอิเลคตรอนและโฮลหลังจากที่ถูกกระตุ้นด้วยแสง ทำให้ทั้งอิเลคตรอนและโฮลมีระยะเวลาเพียงพอในการเคลื่อนที่ผ่านไปยังพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาและก่อให้เกิดปฏิกิริยาในที่สุด ความแตกต่างของโครงสร้างผลึกของไททาเนียชนิดอนาเทสและรูไทล์ทำให้เกิดความแตกต่างของความหนาแน่นและโครงสร้างทางอิเลคโทรนิคส์ ส่งผลให้มีค่าพลังงานแบนด์แกปแตกต่างกันคือ 3.20 eV สำหรับโครงสร้างผลึกอนาเทส และ 3.02 eV สำหรับโครงสร้างผลึกรูไทล์ ดังนั้นจึงทำให้ความสามารถในการดูดกลืนแสงเริ่มเกิดขึ้นในช่วงความยาวคลื่นของแสงที่แตกต่างกัน โดยโครงสร้างผลึกอนาเทสสามารถดูดกลืนแสงในช่วงความยาวคลื่นต่ำกว่า 384 นาโนเมตร ในขณะที่โครงสร้างผลึกรูไทล์สามารถดูดกลืนแสงในช่วงความยาวคลื่นต่ำกว่า 410 นาโนเมตร ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพในการเกิดปฏิกิริยาแบบใช้แสงร่วม

ความรู้เกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำ สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่
1. http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%AA%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%81%E0%B8%B6%E0%B9%88%E0%B8%87%E0%B8%95%E0%B8%B1%E0%B8%A7%E0%B8%99%E0%B8%B3
2. http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet7/phy3_1.htm
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
4. http://searchsmb.techtarget.com/sDefinition/0,,sid44_gci212960,00.html

เอกสารอ้างอิง
1. Macleod H A, Thin Film Optical Filters, Macmillan, New York, 1986.
2. Hoffmann M R, Martin S T, Choi W, Bahnemann D W, Chem. Rev. 95 (1995) 69.
3. Linsebigler A L, Lu G, Yates, Jr. J T, Chem. Rev. 95 (1995) 735.
4. Rajeshwar, J. Appl. Electrochem. 25 (1995) 1067.
5. Greenwood N N, Earnshaw A, Chemistry of the Elements, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1997.
6. Fujishima A, Hashimoto K, Watanabe T, TiO2 Photocatalysis: Fundamentals and Applications, BKC, Tokyo, 1999.
7. Carp O, Huisman C L, reller A, Prog. Solid State Chem. 32 (2004) 33.

เกี่ยวกับผู้เขียน ดร.ธรรมนูญ ศรีทะวงศ์ สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีด้านวิศวกรรมเคมีจากมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ สำเร็จการศึกษาปริญญาโทด้านเทคโนโลยีปิโตรเคมีจาก วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และสำเร็จการศึกษาปริญญาเอกด้านวิทยาศาสตร์พลังงานจาก Kyoto University ประเทศญี่ปุ่น ปัจจุบันเป็นอาจารย์และนักวิจัยของ วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ทำการศึกษาและวิจัยด้าน Photocatalysis and Catalysis, Solar Energy Utilization, Sol-Gel Synthesis of Oxide Semiconductors, Nanoporous/Mesoporous Materials, Plasmas for Chemical Conversion, และ Biohydrogen Production สามารถดูข้อมูลเกี่ยวกับผู้เขียนเพิ่มเติมได้ที่ http://www.ppc.chula.ac.th/thammanoon.html

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน