Прадставіць:
У галіне матэрыялаў навукі,дыяксід тытана(TiO2) з'явіўся як займальнае злучэнне з шырокім спектрам прыкладанняў. Гэта злучэнне мае выдатныя хімічныя і фізічныя ўласцівасці, што робіць яго неацэнным у некалькіх прамысловых сектарах. Для таго, каб у поўнай меры зразумець яго унікальныя якасці, неабходна глыбока вывучаць займальную структуру дыяксіду тытана. У гэтым паведамленні ў блогу мы вывучым структуру дыяксіду тытана і праліваюць святло на асноўныя прычыны яго спецыяльных уласцівасцей.
1. Крыштальная структура:
Дыяксід тытана мае крышталічную структуру, вызначаную ў першую чаргу яго унікальным размяшчэннем атамаў. ХоцьTiO2Мае тры крышталічныя фазы (анатаза, рутыль і Брукіт), мы спынімся на дзвюх найбольш распаўсюджаных формах: рутыла і анатазе.
А. Руцільная структура:
Ратульная фаза вядомая сваёй чатырохвугольнай крыштальнай структурай, у якой кожны атам тытана акружаны шасцю атамамі кіслароду, утвараючы скручаную васьмігранную васьмі. Такое размяшчэнне ўтварае шчыльны атамны пласт з закрытым кіслародам. Гэтая структура дае руцільную выключную стабільнасць і даўгавечнасць, што робіць яе прыдатнай для розных прыкладанняў, уключаючы фарбу, кераміку і нават сонцаахоўны крэм.
B. Структура анатазы:
У выпадку з анатазай атамы тытана звязаны з пяццю атамамі кіслароду, утвараючы васьмігранныя, якія падзяляюць краю. Такім чынам, гэта размяшчэнне прыводзіць да больш адкрытай структуры з меншай колькасцю атамаў на адзінку аб'ёму ў параўнанні з рутылам. Нягледзячы на нізкую шчыльнасць, Anatase праяўляе выдатныя фотакаталітычныя ўласцівасці, што робіць яго важным кампанентам у сонечных батарэях, сістэмах ачысткі паветра і самаачышчальных пакрыццяў.
2. Gap Band Gap:
Разрыў энергетыкі - яшчэ адна важная характарыстыка TiO2 і спрыяе яго унікальным уласцівасцям. Гэты разрыў вызначае электраправоднасць матэрыялу і яе адчувальнасць да паглынання святла.
А. Руцільная структура паласы:
Rutile tio2Мае адносна вузкі разрыў дыяпазону прыблізна 3,0 эВ, што робіць яго абмежаваным электрычным правадніком. Аднак яго структура паласы можа паглынаць ультрафіялетавае (ультрафіялетавае) святло, што робіць яго ідэальным для выкарыстання ў УФ -пратэктарах, такіх як сонцаахоўны крэм.
B. Структура дыяпазону анатазы:
Анатаза, з іншага боку, дэманструе больш шырокі разрыў дыяпазону прыблізна 3,2 эВ. Гэтая характарыстыка дае Anatase Tio2 выдатную фотакаталітычную актыўнасць. Пры ўздзеянні святла электроны ў валентнай паласе ўзбуджаюцца і скачуць у паласу праводнасці, што выклікае розныя рэакцыі акіслення і аднаўлення. Гэтыя ўласцівасці адкрываюць дзверы для такіх прыкладанняў, як ачышчэнне вады і змякчэнне забруджвання паветра.
3. Дэфекты і мадыфікацыі:
АСтруктура tiO2не без недахопаў. Гэтыя дэфекты і мадыфікацыі значна ўплываюць на іх фізічныя і хімічныя ўласцівасці.
А. Вакантныя вакансіі кіслароду:
Дэфекты ў выглядзе кіслародных вакансій у рашотцы TiO2 уносяць канцэнтрацыю непарыўных электронаў, што прыводзіць да павышэння каталітычнай актыўнасці і адукацыі каляровых цэнтраў.
Б. Мадыфікацыя паверхні:
Кантрольныя мадыфікацыі паверхні, такія як допінг з іншымі іёнамі пераходных металаў або функцыяналізацыяй з арганічнымі злучэннямі, могуць яшчэ больш павысіць пэўныя ўласцівасці TiO2. Напрыклад, допінг з такімі металамі, як плаціна, можа палепшыць свае каталітычныя характарыстыкі, у той час як арганічныя функцыянальныя групы могуць павысіць стабільнасць і фотаактыўнасць матэрыялу.
У заключэнне:
Разуменне незвычайнай структуры TiO2 мае вырашальнае значэнне для разумення яго выдатных уласцівасцей і шырокага спектру выкарыстанняў. Кожная крышталічная форма TiO2 валодае унікальнымі ўласцівасцямі: ад чатырохвугольнай рутыльнай структуры да адкрытай, фотакаталітычна актыўнай фазы анатазы. Вывучаючы прабелы і дэфекты ў энергетычных дыяпазонах у матэрыялах, навукоўцы могуць дадаткова аптымізаваць свае ўласцівасці для прыкладанняў, пачынаючы ад метадаў ачысткі да нарыхтоўкі энергіі. Калі мы працягваем разгадаць таямніцы дыяксіду тытана, яго патэнцыял у прамысловай рэвалюцыі застаецца перспектыўным.
Час паведамлення: 30 кастрычніка-2023