Iepazīstināt:
Materiālzinātnes jomā,titāna dioksīds(TiO2) ir kļuvis par aizraujošu savienojumu ar plašu pielietojumu klāstu.Šim savienojumam ir lieliskas ķīmiskās un fizikālās īpašības, kas padara to nenovērtējamu vairākās rūpniecības nozarēs.Lai pilnībā izprastu tā unikālās īpašības, padziļināti jāizpēta titāna dioksīda aizraujošā struktūra.Šajā emuāra ierakstā mēs izpētīsim titāna dioksīda struktūru un izskaidrosim tā īpašo īpašību galvenos iemeslus.
1. Kristāla struktūra:
Titāna dioksīdam ir kristāliska struktūra, ko galvenokārt nosaka tā unikālais atomu izvietojums.Lai ganTiO2ir trīs kristāliskās fāzes (anatāze, rutils un brookīts), mēs koncentrēsimies uz divām visizplatītākajām formām: rutila un anatāze.
A. Rutila struktūra:
Rutila fāze ir pazīstama ar savu tetragonālo kristālisko struktūru, kurā katru titāna atomu ieskauj seši skābekļa atomi, veidojot savītu oktaedru.Šis izkārtojums veido blīvu atomu slāni ar cieši iesaiņotu skābekļa izvietojumu.Šī struktūra nodrošina rutila izcilu stabilitāti un izturību, padarot to piemērotu dažādiem lietojumiem, tostarp krāsām, keramikai un pat saules aizsarglīdzekļiem.
B. Anatāzes struktūra:
Anatāzes gadījumā titāna atomi ir saistīti ar pieciem skābekļa atomiem, veidojot oktaedrus, kuriem ir kopīgas malas.Tāpēc šis izkārtojums rada atvērtāku struktūru ar mazāk atomu tilpuma vienībā, salīdzinot ar rutila.Neskatoties uz zemo blīvumu, anatāzei piemīt lieliskas fotokatalītiskās īpašības, padarot to par svarīgu sastāvdaļu saules baterijās, gaisa attīrīšanas sistēmās un pašattīrošos pārklājumos.
2. Enerģijas joslas atstarpe:
Enerģijas joslas sprauga ir vēl viena svarīga TiO2 īpašība un veicina tā unikālās īpašības.Šī sprauga nosaka materiāla elektrisko vadītspēju un tā jutību pret gaismas absorbciju.
A. Rutila joslas struktūra:
Rutila TiO2ir salīdzinoši šaura joslas sprauga aptuveni 3,0 eV, padarot to par ierobežotu elektrisko vadītāju.Tomēr tā joslas struktūra var absorbēt ultravioleto (UV) gaismu, padarot to ideāli piemērotu UV aizsarglīdzekļos, piemēram, sauļošanās līdzekļos.
B. Anatāzes joslas struktūra:
No otras puses, anatāzei ir plašāka joslas sprauga, kas ir aptuveni 3, 2 eV.Šī īpašība nodrošina anatāzes TiO2 izcilu fotokatalītisko aktivitāti.Gaismas iedarbībā elektroni valences joslā tiek ierosināti un ielec vadītspējas joslā, izraisot dažādas oksidācijas un reducēšanas reakcijas.Šīs īpašības paver durvis tādiem lietojumiem kā ūdens attīrīšana un gaisa piesārņojuma mazināšana.
3. Defekti un modifikācijas:
TheTio2 struktūranav bez trūkumiem.Šie defekti un modifikācijas būtiski ietekmē to fizikālās un ķīmiskās īpašības.
A. Skābekļa vakances:
Defekti skābekļa vakanču veidā TiO2 režģī rada nepāra elektronu koncentrāciju, kā rezultātā palielinās katalītiskā aktivitāte un veidojas krāsu centri.
B. Virsmas modifikācija:
Kontrolētas virsmas modifikācijas, piemēram, dopings ar citiem pārejas metālu joniem vai funkcionalizācija ar organiskiem savienojumiem, var vēl vairāk uzlabot noteiktas TiO2 īpašības.Piemēram, dopings ar metāliem, piemēram, platīnu, var uzlabot tā katalītisko veiktspēju, savukārt organiskās funkcionālās grupas var uzlabot materiāla stabilitāti un fotoaktivitāti.
Noslēgumā:
Izpratne par Tio2 neparasto struktūru ir ļoti svarīga, lai izprastu tās ievērojamās īpašības un plašo lietojumu klāstu.Katrai TiO2 kristāliskajai formai ir unikālas īpašības, sākot no tetragonālās rutila struktūras līdz atvērtai, fotokatalītiski aktīvai anatāzes fāzei.Izpētot enerģijas joslu spraugas un materiālu defektus, zinātnieki var vēl vairāk optimizēt to īpašības lietojumiem, sākot no attīrīšanas metodēm līdz enerģijas ieguvei.Turpinot atklāt titāna dioksīda noslēpumus, tā potenciāls rūpnieciskajā revolūcijā joprojām ir daudzsološs.
Izlikšanas laiks: 30. oktobris 2023