Predstaviť:
V oblasti materiálových vedy,oxid titaničitý(TiO2) sa objavil ako fascinujúca zlúčenina so širokou škálou aplikácií. Táto zlúčenina má vynikajúce chemické a fyzikálne vlastnosti, vďaka čomu je neoceniteľná v niekoľkých priemyselných odvetviach. Aby sa úplne porozumelo svojim jedinečným vlastnostiam, musí sa fascinujúca štruktúra oxidu titánu podrobne študovať. V tomto blogovom príspevku preskúmame štruktúru oxidu titánu a objasňujeme základné dôvody jeho špeciálnych vlastností.
1. Kryštalická štruktúra:
Oxid titaničitý má kryštálovú štruktúru, určenú predovšetkým svojím jedinečným usporiadaním atómov. HociTio2Má tri kryštalické fázy (anatázy, rutilová a Brookite), zameriame sa na dve najbežnejšie formy: rutilovú a anatázu.
A. Rutilná štruktúra:
Rutilná fáza je známa pre svoju tetragonálnu kryštálovú štruktúru, v ktorej je každý atóm titánu obklopený šiestimi atómami kyslíka, čím tvorí skrútený oktaedron. Toto usporiadanie tvorí hustú atómovú vrstvu s uzavretým usporiadaním kyslíka. Táto štruktúra poskytuje rutilnú výnimočnú stabilitu a trvanlivosť, vďaka čomu je vhodná pre rôzne aplikácie vrátane farby, keramiky a dokonca aj na opaľovací krém.
B. Štruktúra anatázy:
V prípade anatázy sú atómy titánu viazané na päť atómov kyslíka, ktoré tvoria oktaedrony, ktoré zdieľajú okraje. Preto toto usporiadanie vedie k otvorenejšej štruktúre s menšími atómami na jednotku objemu v porovnaní s rutilom. Napriek svojej nízkej hustote vykazuje anatáza vynikajúce fotokatalytické vlastnosti, vďaka čomu je dôležitou súčasťou solárnych článkov, systémov čistenia vzduchu a samočistiacich povlakov.
2. Medzera energetického pásma:
Medzera energetického pásma je ďalšou dôležitou charakteristikou TiO2 a prispieva k jej jedinečným vlastnostiam. Táto medzera určuje elektrickú vodivosť materiálu a jeho citlivosť na absorpciu svetla.
A. Štruktúra rutilného pásma:
Rutilný tio2má relatívne úzku medzeru v pásme približne 3,0 eV, čo z nej robí obmedzený elektrický vodič. Jeho pásová štruktúra však môže absorbovať ultrafialové (UV) svetlo, vďaka čomu je ideálna na použitie v UV ochrancoch, ako je napríklad opaľovací krém.
B. Štruktúra pásma anatázy:
Na druhej strane Anatasu vykazuje širšiu medzeru v pásme približne 3,2 eV. Táto charakteristika poskytuje vynikajúcu fotokatalytickú aktivitu anatázy TiO2. Pri vystavení svetlu sú elektróny vo valenčnom pásme vzrušené a skočia do vodivého pásu, čo spôsobuje rôzne oxidačné a redukčné reakcie. Tieto vlastnosti otvárajú dvere do aplikácií, ako je čistenie vody a zmiernenie znečistenia ovzdušia.
3. Defekty a úpravy:
Tenštruktúra TiO2nie je bez nedostatkov. Tieto defekty a modifikácie významne ovplyvňujú ich fyzikálne a chemické vlastnosti.
A. voľné miesta kyslíka:
Defekty vo forme voľných pracovných miest kyslíka v mriežke Tio2 zavádzajú koncentráciu nepárových elektrónov, čo vedie k zvýšenej katalytickej aktivite a tvorbe farebných centier.
B. Modifikácia povrchu:
Riadené povrchové modifikácie, ako je doping s inými iónmi prechodných kovov alebo funkcionalizáciou s organickými zlúčeninami, môžu ďalej zvýšiť určité vlastnosti Ti02. Napríklad doping s kovmi, ako je platina, môže zlepšiť jeho katalytický výkon, zatiaľ čo organické funkčné skupiny môžu zvýšiť stabilitu a fotoaktivitu materiálu.
Na záver:
Pochopenie mimoriadnej štruktúry TiO2 je rozhodujúce pre pochopenie jeho pozoruhodných vlastností a širokej škály použitia. Každá kryštalická forma TiO2 má jedinečné vlastnosti, od tetragonálnej rutilnej štruktúry po otvorenú, fotokatalyticky aktívnu anatázu. Skúmaním medzier a defektov energetických pásov v rámci materiálov môžu vedci ďalej optimalizovať svoje vlastnosti pre aplikácie od techník čistenia po zber energie. Keď naďalej rozlučujeme záhady oxidu titánu, jeho potenciál v priemyselnej revolúcii zostáva sľubný.
Čas príspevku: október-30-2023