Представити:
У галузі матеріалознавства,титановий діоксид(TiO2) став захоплюючою сполукою з широким спектром застосувань. Ця сполука має чудові хімічні та фізичні властивості, що робить її неоціненною у кількох промислових секторах. Щоб повністю зрозуміти його унікальні якості, захоплююча структура діоксиду титану повинна бути глибоко вивчена. У цій публікації в блозі ми вивчимо структуру діоксиду титану та пролити світло з основних причин, що стоять за його спеціальними властивостями.
1. Кристалічна структура:
Діоксид титану має кристалічну структуру, визначену насамперед його унікальним розташуванням атомів. ХочTio2Має три кристалічні фази (анатаза, рутил та брукіт), ми зосередимось на двох найпоширеніших формах: рутиле та анатаза.
А. Рутильна структура:
Рутильна фаза відома своєю тетрагональною кристалічною структурою, в якій кожен атом титану оточений шістьма атомами кисню, утворюючи скручений октаедр. Ця композиція утворює щільний атомний шар з ретельним упакованим киснем. Ця структура дає рутиле виняткову стабільність та довговічність, що робить його придатним для різноманітних застосувань, включаючи фарбу, кераміку та навіть сонцезахисний крем.
B. Структура анатази:
У випадку з анатазою атоми титану пов'язані з п’ятьма атомами кисню, утворюючи октаедрони, які поділяють краї. Тому це розташування призводить до більш відкритої структури з меншою кількістю атомів на одиницю об'єму порівняно з рутилом. Незважаючи на низьку щільність, анатаза демонструє чудові фотокаталітичні властивості, що робить його важливим компонентом у сонячних батареях, системах очищення повітря та самоочищенням покриття.
2. Енергетична смуга розрив:
Розрив енергетичної смуги - ще одна важлива характеристика TiO2 і сприяє його унікальними властивостями. Цей розрив визначає електричну провідність матеріалу та його чутливість до поглинання світла.
A. Структура рутильної смуги:
Rutile tio2має відносно вузький проміжок смуги приблизно 3,0 еВ, що робить його обмеженим електропровідником. Однак його смугова структура може поглинати ультрафіолетове (УФ) світло, що робить його ідеальним для використання у УФ -захисних речовинах, таких як сонцезахисний крем.
B. Структура діапазону анатази:
З іншого боку, анатаза демонструє більш широкий проміжок смуги приблизно 3,2 еВ. Ця характеристика дає анатазу TiO2 відмінну фотокаталітичну активність. Піддаючись світлу, електрони у валентній смузі збуджуються і стрибають у смугу провідності, внаслідок чого виникають різні реакції окислення та відновлення. Ці властивості відкривають двері для таких застосувань, як очищення води та пом'якшення забруднення повітря.
3. Дефекти та модифікації:
ЗСтруктура TiO2не без вад. Ці дефекти та модифікації суттєво впливають на їх фізичні та хімічні властивості.
A. Вакансії кисню:
Дефекти у вигляді вакансій кисню в решітці TiO2 вводять концентрацію непарних електронів, що призводить до посилення каталітичної активності та утворення кольорових центрів.
B. Модифікація поверхні:
Контрольовані модифікації поверхні, такі як допінг з іншими іонами перехідних металів або функціоналізацією з органічними сполуками, можуть ще більше посилити певні властивості TiO2. Наприклад, допінг з металами, такими як Platinum, може покращити свої каталітичні показники, тоді як органічні функціональні групи можуть підвищити стабільність та фотоактивність матеріалу.
На закінчення:
Розуміння надзвичайної структури TiO2 має вирішальне значення для розуміння його чудових властивостей та широкого спектру використання. Кожна кристалічна форма TiO2 має унікальні властивості - від тетрагональної рутилової структури до відкритої, фотокаталітично активної фази анатази. Досліджуючи прогалини та дефекти енергетичних смуг у матеріалах, вчені можуть додатково оптимізувати свої властивості для застосувань, починаючи від методів очищення до збирання енергії. Коли ми продовжуємо розгадувати таємниці діоксиду титану, його потенціал у промисловій революції залишається перспективним.
Час посади: жовтень-30-2023