本研究主要是添加稀土金屬釓的鹽類，使用溶凝膠法製備出摻雜釓的二氧化鈦，並利用非離子型界面活性劑形成液晶模板，加入鈦前驅物製備二氧化鈦，並針對使用不同的非離子型界面活性劑、不同pH值、不同水/乙醇比例的溶劑、經過水熱過程的與否，探討這些因素對二氧化鈦在物理性質或化學性質，以及結構的影響。利用XRD儀器鑑定二氧化鈦的中孔性質以及結晶結構，用SEM觀察二氧化鈦的顆粒大小和形狀，以及UV-visible光譜觀察二氧化鈦的吸收光譜。
實驗結果發現，使用不同界面活性劑的影響，當使用三嵌段聚環氧乙烯-聚環氧丙烯-聚環氧乙烯的界面活性劑當作模板所製備的二氧化鈦，除了銳鈦礦還產生了金紅石結晶，並且進行顆粒團聚。而不同pH值會影響到顆粒的尺寸和形狀，在pH為5.8的條件下，二氧化鈦產生銳鈦礦及金紅石結晶。不同水/乙醇比例的溶劑影響下，使用含有乙醇的溶劑，二氧化鈦產生銳鈦礦及金紅石結晶。經由水熱過程，可得少量的板鈦礦結晶及少量的纖維狀二氧化鈦。在摻雜釓的二氧化鈦部分，會隨著摻雜釓的含量增加，造成銳鈦礦結晶相減少，並對照UV-visible光譜，發現摻雜釓的二氧化鈦有紅位移。
使用聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯為界面活性劑並摻雜釓的二氧化鈦，為銳鈦礦，並可吸收較長的波長，添加量為1%時有較好的吸收。

The mainly research is by adding the rare-earth metal gadolinium salts with sol-gel process to form the gadolinium -doped titanium dioxide, and by forming the liquid crystal template with the non-ionic surfactant to form the mesostructure of titanium dioxide. And the research has aimed at the using different non-ionic surfactant, the different pH value, the different solvent of water/ethanol ratio, the hydrothermal process or not, and the gadolinium content. We discussed these factors how to affect the titanium dioxide in the physical property, the chemical property, or structure influence. Using the XRD to measure the mesostucture of titanium dioxide and the crystallization of titanium dioxide, and we observe the shape and particle size of titanium dioxide with SEM. We use UV-visible spectrum to observe absorption spectrum of titanium dioxide.
The result discovers that surfactant effect is using triblock copolymer, poly (ethylene oxide) - poly (propylene oxide) - poly (ethylene oxide), the titanium dioxide has anatase and rutile crystallization, and particle aggregation. The pH affects the partic le size and the shape. In pH is 5.8, the titanium dioxide has anatase and rutile crystallization. In water/ethanol ratio effect, we use solvent including ethanol, the titanium dioxide has anatase and rutile. Through hydrothermal process, titanium dioxide has little brookite crystallization and the few fibrous titanium dioxides. The doping gadolinium effect is the anatase is reducing with gadolinium content increasing, and from the UV-visible spectrum, the doping gadolinium titanium dioxide has the red shift.
The titanium dioxide using polyoxyethylene sorbitan monostearate and doping gadolinium has the anatase, and absorbs a longer wavelength, and when the doping content is 1% titanium dioxide has a better absorption.

摘 要 i
Abstract ii
目 錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章 前言 1
1.1簡介 1
1.2 二氧化鈦 2
1.3溶凝膠方法(sol-gel processing)的原理 3
1.4中孔材料(Mesoporous materials) 5
1.5 摻雜金屬至二氧化鈦 5
1.6 研究動機 6
第二章 文獻回顧 7
2.1二氧化鈦 7
2.2 中孔材料 10
2.2.1. 中孔結構形成的機制............................................................ 12
2.2.2 矽基中孔材料.........................................................................13
2.2.3 液晶模板機制.........................................................................14
2.2.4 中孔二氧化鈦.........................................................................17
2.3 對二氧化鈦的摻雜 19
第三章 實驗方法 22
3.1 實驗流程 22
3.2化學藥品 23
3.3 合成方法 23
3.3.1 以非離子型界面活性劑形成的液晶模板製備二氧化矽 23
3.3.2 以非離子型界面活性劑形成的液晶模板製備二氧化鈦 25
3.3.3 以溶凝膠方法製備摻雜釓的二氧化鈦.................................27
3.3.4以非離子型界面活性劑形成的液晶模板中摻雜釓製備的二氧化鈦.........................................................................................28
3.4儀器 30
第四章 結果 33
4.1以非離子型界面活性劑製備中孔二氧化矽 33
4.2以非離子型界面活性劑製備中孔二氧化鈦 35
4.2.1 界面活性劑的影響......................................................... 35
4.2.2 pH值的影響............................................................................41
4.2.3 加入乙醇的影響......................................................... 46
4.2.4 經由水熱過程的影響......................................................... 51
4.3製備摻雜釓的二氧化鈦 56
4.3.1以溶凝膠方法製備摻雜釓的二氧化鈦..................................56
4.3.2以非離子型界面活性劑製備摻雜釓的二氧化鈦..................58
第五章 討論 67
5.1 界面活性劑的影響 67
5.2 pH值的影響 69
5.3 溶劑的影響 69
5.4 經由水熱過程的影響......................................................... 70
5.5 摻雜釓鹽類的影響......................................................... 70
第六章 結論 72
第七章 未來工作 74
參考文獻 75

[1] A. Fujishma, A. Honda, Nature, 238, 37(1972)
[2] C. Anderson, and A. J. Bard, J. Phys. Chem., 99, 9882(1995)
[3] J. Wen, and G. L. Wilkes, Chem. Mater., 8, 1667(1996)
[4] G. L. Wilkes, B. Orler, and H. Huang, Polym. Prepr., 26, 300(1985)
[5] Y. Wei, R. Bakthavatchalam, and C. K. Whitecar. Chem. Mater., 2, 237(1990)
[6] C. T. Kresge, M. E. Leonowicz, L. W. Roth, J. C. Vartuli, and J. S. Beck, Nature, 359, 710(1992)
[7] P. Behrens, Adv. Mater., 5, 127(1993)
[8] A. Monnier, F. Sch