Представляємо:
У галузі матеріалознавства,діоксид титану(TiO2) став захоплюючою сполукою з широким спектром застосувань. Ця сполука має відмінні хімічні та фізичні властивості, що робить її безцінною в кількох галузях промисловості. Щоб повністю зрозуміти його унікальні якості, необхідно детально вивчити захоплюючу структуру діоксиду титану. У цій публікації блогу ми дослідимо структуру діоксиду титану та проллємо світло на основні причини його особливих властивостей.
1. Кристалічна структура:
Діоксид титану має кристалічну структуру, що визначається в основному його унікальним розташуванням атомів. ХочаTiO2має три кристалічні фази (анатаз, рутил і брукіт), ми зосередимося на двох найпоширеніших формах: рутил і анатаз.
A. Структура рутилу:
Рутилова фаза відома своєю тетрагональною кристалічною структурою, в якій кожен атом титану оточений шістьма атомами кисню, утворюючи скручений октаедр. Таке розташування утворює щільний атомний шар із щільно упакованим розташуванням кисню. Ця структура надає рутилу виняткову стабільність і довговічність, що робить його придатним для різноманітних застосувань, включаючи фарбу, кераміку та навіть сонцезахисний крем.
B. Структура анатазу:
У випадку анатазу атоми титану зв’язані з п’ятьма атомами кисню, утворюючи октаедри зі спільними краями. Таким чином, таке розташування призводить до більш відкритої структури з меншою кількістю атомів на одиницю об’єму порівняно з рутилом. Незважаючи на низьку щільність, анатаз демонструє чудові фотокаталітичні властивості, що робить його важливим компонентом сонячних елементів, систем очищення повітря та самоочисних покриттів.
2. Енергетична заборонена зона:
Енергетична заборонена зона є ще однією важливою характеристикою TiO2 і сприяє його унікальним властивостям. Цей зазор визначає електропровідність матеріалу та його чутливість до поглинання світла.
A. Структура смуги рутилу:
Рутил TiO2має відносно вузьку заборонену зону приблизно 3,0 еВ, що робить його обмеженим електричним провідником. Однак його смугова структура може поглинати ультрафіолетове (УФ) світло, що робить його ідеальним для використання в засобах захисту від ультрафіолету, таких як сонцезахисний крем.
B. Структура смуги анатазу:
Анатаз, з іншого боку, демонструє ширшу заборонену зону приблизно 3,2 еВ. Ця характеристика надає анатазу TiO2 чудову фотокаталітичну активність. Під дією світла електрони у валентній зоні збуджуються та переходять у зону провідності, викликаючи різноманітні реакції окиснення та відновлення. Ці властивості відкривають двері для таких застосувань, як очищення води та пом’якшення забруднення повітря.
3. Дефекти та модифікації:
Theструктура Tio2не без недоліків. Ці дефекти та модифікації істотно впливають на їхні фізико-хімічні властивості.
А. Вакансії Oxygen:
Дефекти у вигляді кисневих вакансій у решітці TiO2 вводять концентрацію неспарених електронів, що призводить до підвищення каталітичної активності та утворення центрів забарвлення.
B. Модифікація поверхні:
Контрольовані модифікації поверхні, такі як легування іншими іонами перехідних металів або функціоналізація органічними сполуками, можуть ще більше посилити певні властивості TiO2. Наприклад, легування такими металами, як платина, може покращити його каталітичні властивості, тоді як органічні функціональні групи можуть підвищити стабільність і фотоактивність матеріалу.
На закінчення:
Розуміння надзвичайної структури Tio2 має вирішальне значення для розуміння його чудових властивостей і широкого спектру використання. Кожна кристалічна форма TiO2 має унікальні властивості, від тетрагональної структури рутилу до відкритої фотокаталітично активної фази анатазу. Досліджуючи енергетичні розриви та дефекти в матеріалах, вчені можуть додатково оптимізувати їхні властивості для різноманітних застосувань, від методів очищення до збору енергії. Оскільки ми продовжуємо розгадувати таємниці діоксиду титану, його потенціал у промисловій революції залишається багатообіцяючим.
Час публікації: 30 жовтня 2023 р