Iepazīstināt:
Materiālu zinātnes jomā,titāna dioksīds(TiO2) ir kļuvis par aizraujošu savienojumu ar plašu lietojumprogrammu klāstu. Šim savienojumam ir lieliskas ķīmiskas un fizikālas īpašības, padarot to nenovērtējamu vairākās rūpniecības nozarēs. Lai pilnībā izprastu tās unikālās īpašības, titāna dioksīda aizraujošā struktūra ir padziļināti jāizpēta. Šajā emuāra ierakstā mēs izpētīsim titāna dioksīda struktūru un atklāsim tā īpašo īpašību pamatprincipus.
1. Kristāla struktūra:
Titāna dioksīdam ir kristāla struktūra, ko galvenokārt nosaka tā unikālais atomu izvietojums. Kaut ganTiO2Ir trīs kristāliskas fāzes (anatāze, rutils un strautīts), mēs koncentrēsimies uz divām visbiežāk sastopamajām formām: rutila un anatāzi.
A. Rutila struktūra:
Rutila fāze ir pazīstama ar savu tetragonālo kristāla struktūru, kurā katru titāna atomu ieskauj seši skābekļa atomi, veidojot savītu oktaedru. Šis izkārtojums veido blīvu atomu slāni ar cieši iesaiņotu skābekļa izkārtojumu. Šī struktūra dod rutilam izcilu stabilitāti un izturību, padarot to piemērotu dažādiem lietojumiem, ieskaitot krāsu, keramiku un pat sauļošanās līdzekli.
B. anatāzes struktūra:
Anatāzes gadījumā titāna atomi ir saistīti ar pieciem skābekļa atomiem, veidojot oktaedrus, kuriem ir malas. Tāpēc šī izkārtojuma rezultātā tiek atvērtāka struktūra ar mazāk atomu uz tilpuma vienību, salīdzinot ar rutilu. Neskatoties uz zemo blīvumu, anatāzei ir lieliskas fotokatalītiskās īpašības, padarot to par svarīgu sastāvdaļu saules baterijās, gaisa attīrīšanas sistēmās un pašattīrošos pārklājumos.
2. Enerģijas joslas sprauga:
Enerģijas joslas sprauga ir vēl viena svarīga TiO2 īpašība un veicina tā unikālās īpašības. Šī sprauga nosaka materiāla elektrisko vadītspēju un tā jutīgumu pret gaismas absorbciju.
A. Rutila joslas struktūra:
Rutils TiO2Ir salīdzinoši šaura joslu sprauga aptuveni 3,0 eV, padarot to par ierobežotu elektrisko vadītāju. Tomēr tā joslas struktūra var absorbēt ultravioleto (UV) gaismu, padarot to ideālu lietošanai UV aizsargātājiem, piemēram, sauļošanās līdzeklim.
B. anatāzes joslu struktūra:
No otras puses, anatāze uzrāda plašāku joslu spraugu aptuveni 3,2 eV. Šis raksturlielums nodrošina anatāzes TiO2 lielisku fotokatalītisko aktivitāti. Saskaroties ar gaismu, valences joslas elektroni ir satraukti un ielec vadīšanas joslā, izraisot dažādas oksidācijas un reducēšanas reakcijas. Šīs īpašības atver durvis tādiem lietojumiem kā ūdens attīrīšana un gaisa piesārņojuma mazināšana.
3. defekti un modifikācijas:
LīdzTiO2 struktūranav bez trūkumiem. Šie defekti un modifikācijas ievērojami ietekmē to fizikālās un ķīmiskās īpašības.
A. skābekļa vakances:
Defekti skābekļa vakanču veidā TiO2 režģī rada nepāra elektronu koncentrāciju, izraisot paaugstinātu katalītisko aktivitāti un krāsu centru veidošanos.
B. Virsmas modifikācija:
Kontrolētas virsmas modifikācijas, piemēram, dopings ar citiem pārejas metāla 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 ārkārtas struktūru ir kritiska, lai izprastu tās ievērojamās īpašības un plašo lietojumu klāstu. Katrai TiO2 kristāliskajai formai ir unikālas īpašības, sākot no tetragonālās rutila struktūras līdz atvērtai, fotokatalītiski aktīvajai anatāzes fāzei. Izpētot enerģijas joslu spraugas un materiālu defektus, zinātnieki var vēl optimizēt savas īpašības lietojumprogrammām, sākot no attīrīšanas metodēm līdz enerģijas ieguvei. Tā kā mēs turpinām atklāt titāna dioksīda noslēpumus, tā potenciāls rūpnieciskajā revolūcijā joprojām ir daudzsološs.
Pasta laiks: Oct-30-2023