Увесці:
У галіне матэрыялазнаўства,дыяксід тытана(TiO2) стаў захапляльным злучэннем з шырокім спектрам прымянення.Гэта злучэнне валодае выдатнымі хімічнымі і фізічнымі ўласцівасцямі, што робіць яго неацэнным у некалькіх галінах прамысловасці.Для таго, каб цалкам зразумець яго унікальныя якасці, неабходна глыбока вывучыць захапляльную структуру дыяксіду тытана.У гэтым паведамленні ў блогу мы вывучым структуру дыяксіду тытана і пральем святло на асноўныя прычыны яго асаблівых уласцівасцей.
1. Крышталічная структура:
Дыяксід тытана мае крышталічную структуру, якая вызначаецца ў першую чаргу унікальным размяшчэннем атамаў.ХацяTiO2мае тры крышталічныя фазы (анатаз, рутыл і брукіт), мы спынімся на дзвюх найбольш распаўсюджаных формах: рутыле і анатазе.
А. Рутылавая структура:
Рутылавая фаза вядомая сваёй тэтраганальнай крышталічнай структурай, у якой кожны атам тытана акружаны шасцю атамамі кіслароду, утвараючы скручаны актаэдр.Гэта размяшчэнне ўтварае шчыльны атамны пласт з шчыльна ўпакаваным размяшчэннем кіслароду.Такая структура надае руцілу выключную стабільнасць і даўгавечнасць, што робіць яго прыдатным для розных ужыванняў, у тым ліку для фарбы, керамікі і нават сонцаахоўнага крэму.
Б. Структура анатазу:
У выпадку анатазу атамы тытана звязаны з пяццю атамамі кіслароду, утвараючы актаэдры з агульнымі краямі.Такім чынам, такое размяшчэнне прыводзіць да больш адкрытай структуры з меншай колькасцю атамаў на адзінку аб'ёму ў параўнанні з руцілам.Нягледзячы на нізкую шчыльнасць, анатаз дэманструе выдатныя фотакаталітычныя ўласцівасці, што робіць яго важным кампанентам сонечных батарэй, сістэм ачысткі паветра і самаачышчальных пакрыццяў.
2. Шчыленая зона энергіі:
Шырыня забароненай зоны з'яўляецца яшчэ адной важнай характарыстыкай TiO2 і спрыяе яго унікальным уласцівасцям.Гэты зазор вызначае электраправоднасць матэрыялу і яго адчувальнасць да паглынання святла.
А. Структура руцілавай паласы:
Рутыл TiO2мае адносна вузкую забароненую зону прыблізна 3,0 эВ, што робіць яго абмежаваным электрычным правадніком.Аднак яго паласавая структура можа паглынаць ультрафіялетавае (УФ) святло, што робіць яго ідэальным для выкарыстання ў сродках абароны ад ультрафіялету, такіх як сонцаахоўны крэм.
B. Структура паласы анатазу:
З іншага боку, анатаз дэманструе больш шырокую забароненую зону прыблізна 3,2 эВ.Гэтая характарыстыка надае анатазу TiO2 выдатную фотакаталітычную актыўнасць.Пры ўздзеянні святла электроны ў валентнай зоне ўзбуджаюцца і пераскокваюць у зону праводнасці, у выніку чаго адбываюцца розныя рэакцыі акіслення і аднаўлення.Гэтыя ўласцівасці адкрываюць дзверы для такіх прыкладанняў, як ачыстка вады і змякчэнне забруджвання паветра.
3. Дэфекты і мадыфікацыі:
Theструктура Tio2не без недахопаў.Гэтыя дэфекты і мадыфікацыі істотна ўплываюць на іх фізічныя і хімічныя ўласцівасці.
А. Вакансіі Oxygen:
Дэфекты ў выглядзе кіслародных вакансій у рашотцы TiO2 ствараюць канцэнтрацыю няпарных электронаў, што прыводзіць да павышэння каталітычнай актыўнасці і адукацыі цэнтраў афарбоўкі.
B. Мадыфікацыя паверхні:
Кантраляваныя мадыфікацыі паверхні, такія як легіраванне іншымі іёнамі пераходных металаў або функцыяналізацыя арганічнымі злучэннямі, могуць дадаткова ўзмацніць некаторыя ўласцівасці TiO2.Напрыклад, легіраванне такімі металамі, як плаціна, можа палепшыць яго каталітычныя характарыстыкі, у той час як арганічныя функцыянальныя групы могуць павысіць стабільнасць і фотаактыўнасць матэрыялу.
У заключэнне:
Разуменне незвычайнай структуры Tio2 вельмі важна для разумення яго выдатных уласцівасцей і шырокага спектру выкарыстання.Кожная крышталічная форма TiO2 валодае унікальнымі ўласцівасцямі, ад тэтраганальнай структуры рутіла да адкрытай фотакаталітычна актыўнай фазы анатазу.Даследуючы энергетычныя зазоры і дэфекты ў матэрыялах, навукоўцы могуць яшчэ больш аптымізаваць іх уласцівасці для прымянення ў розных сферах - ад метадаў ачысткі да збору энергіі.Паколькі мы працягваем разгадваць таямніцы дыяксіду тытана, яго патэнцыял у прамысловай рэвалюцыі застаецца перспектыўным.
Час публікацыі: 30 кастрычніка 2023 г