ساختار قدرتمند دی اکسید تیتانیوم (TIO2): آشکار کردن خصوصیات جذاب آن

معرفی:

در زمینه علم مواد ،دی اکسید تیتانیوم(TiO2) به عنوان یک ترکیب جذاب با طیف گسترده ای از برنامه ها ظاهر شده است. این ترکیب دارای خصوصیات شیمیایی و فیزیکی بسیار خوبی است و آن را در چندین بخش صنعتی بسیار ارزشمند می کند. برای درک کامل خصوصیات منحصر به فرد آن ، ساختار جذاب تیتانیوم دی اکسید باید به عمق مورد مطالعه قرار گیرد. در این پست وبلاگ ، ما ساختار دی اکسید تیتانیوم را بررسی خواهیم کرد و دلایل اساسی در مورد خصوصیات خاص آن را روشن می کنیم.

1. ساختار کریستالی:

دی اکسید تیتانیوم دارای یک ساختار کریستالی است که در درجه اول با چیدمان منحصر به فرد اتمها تعیین می شود. هر چندtiO2دارای سه مرحله کریستالی (آناتاز ، روتیل و بروکیت) است ، ما روی دو شکل رایج: روتیل و آناتاز تمرکز خواهیم کرد.

A. ساختار روتیل:

فاز روتیل به دلیل ساختار کریستالی چهار ضلعی آن شناخته شده است ، که در آن هر اتم تیتانیوم توسط شش اتم اکسیژن احاطه شده است و یک اکتاهدرون پیچ خورده را تشکیل می دهد. این ترتیب یک لایه اتمی متراکم با یک آرایش اکسیژن بسته نزدیک تشکیل می دهد. این ساختار به ثبات و دوام استثنایی روتیل می دهد و آن را برای انواع کاربردهای مختلف از جمله رنگ ، سرامیک و حتی ضد آفتاب مناسب می کند.

B. ساختار آناتاز:

در مورد آناتاز ، اتم های تیتانیوم به پنج اتم اکسیژن پیوند می خورند و هشت ضلعی را تشکیل می دهند که لبه ها را به اشتراک می گذارند. بنابراین ، این ترتیب منجر به ساختار بازتر با کمتر اتم در هر واحد در مقایسه با روتیل می شود. علیرغم چگالی کم آن ، آناتاز خصوصیات فوتوکاتالیستی بسیار خوبی را نشان می دهد و آن را به عنوان مؤلفه مهمی در سلولهای خورشیدی ، سیستم های تصفیه هوا و پوشش های خود تمیز کردن تبدیل می کند.

2. شکاف باند انرژی:

شکاف باند انرژی یکی دیگر از ویژگی های مهم TiO2 است و به خصوصیات منحصر به فرد آن کمک می کند. این شکاف هدایت الکتریکی مواد و حساسیت آن به جذب نور را تعیین می کند.

A. ساختار باند روتیل:

tio2 rutileدارای شکاف باند نسبتاً باریک تقریباً 3.0 ولت است و آن را به یک هادی برقی محدود تبدیل می کند. با این حال ، ساختار باند آن می تواند نور ماوراء بنفش (UV) را جذب کند ، و آن را برای استفاده در محافظت کننده های UV مانند ضد آفتاب ایده آل می کند.

B. ساختار باند آناتاز:

از طرف دیگر ، آناتاز شکاف باند گسترده تری از حدود 3.2 ولت را نشان می دهد. این ویژگی فعالیت فوتوکاتالیستی عالی آناتاز TiO2 را می دهد. هنگامی که در معرض نور قرار می گیرند ، الکترونهای موجود در باند Valence هیجان زده می شوند و به باند هدایت می روند و باعث اکسیداسیون مختلف و واکنش های کاهش می شوند. این خصوصیات در را برای کاربردهایی مانند تصفیه آب و کاهش آلودگی هوا باز می کند.

3. نقص و اصلاحات:

درساختار TiO2بدون نقص نیست. این نقص ها و اصلاحات به طور قابل توجهی بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آنها تأثیر می گذارد.

A. جای خالی اکسیژن:

نقص در قالب جای خالی اکسیژن در شبکه TiO2 غلظت الکترونهای بدون جفت را معرفی می کند و منجر به افزایش فعالیت کاتالیزوری و تشکیل مراکز رنگی می شود.

ب - اصلاح سطح:

تغییرات سطح کنترل شده ، مانند دوپینگ با سایر یون های فلزی انتقال یا عملکردی با ترکیبات آلی ، می تواند خواص خاصی از TiO2 را بیشتر کند. به عنوان مثال ، دوپینگ با فلزاتی مانند پلاتین می تواند عملکرد کاتالیزوری خود را بهبود بخشد ، در حالی که گروه های عملکردی ارگانیک می توانند ثبات و عکسبرداری مواد را تقویت کنند.

در نتیجه:

درک ساختار خارق العاده TiO2 برای درک خصوصیات قابل توجه آن و طیف گسترده ای از کاربردها بسیار مهم است. هر شکل کریستالی TiO2 دارای خواص منحصر به فردی است ، از ساختار روتیل چهار ضلعی گرفته تا فاز آناتاز فعال ، فوتوکاتالیستی فعال. دانشمندان می توانند با کاوش در شکاف و نقص باند انرژی در مواد ، خواص خود را برای برنامه های کاربردی اعم از تکنیک های تصفیه گرفته تا برداشت انرژی بهینه کنند. از آنجا که ما همچنان به پرده از اسرار دی اکسید تیتانیوم می پردازیم ، پتانسیل آن در انقلاب صنعتی امیدوار کننده است.