Pristatykite:
Medžiagų mokslo srityje,Titano dioksidas(TiO2) atsirado kaip žavus junginys, turintis platų taikymo asortimentą. Šis junginys pasižymi puikiomis cheminėmis ir fizinėmis savybėmis, todėl keliuose pramoniniuose sektoriuose jis yra neįkainojamas. Norint visiškai suprasti jo unikalias savybes, reikia išsamiai ištirti žavią titano dioksido struktūrą. Šiame tinklaraščio įraše mes ištirsime titano dioksido struktūrą ir paaiškinsime pagrindines jo ypatingų savybių priežastis.
1. Kristalų struktūra:
Titano dioksidas turi kristalų struktūrą, kurią pirmiausia lemia jo unikalus atomų išdėstymas. NorsTiO2Turi tris kristalines fazes (anatazės, rutilo ir brookito), mes sutelksime dėmesį į dvi dažniausiai pasitaikančias formas: rutilą ir anatazę.
A. rutilo struktūra:
Rutilo fazė yra žinoma dėl savo tetragonalinės kristalų struktūros, kurioje kiekvienas titano atomas yra supa šeši deguonies atomai, sudarantys susuktą oktaedrą. Šis išdėstymas sudaro tankų atominį sluoksnį su uždaru deguonies išdėstymu. Ši struktūra suteikia rutulio išskirtinį stabilumą ir ilgaamžiškumą, todėl ji yra tinkama įvairioms reikmėms, įskaitant dažus, keramiką ir net kremus nuo saulės.
B. Anatazės struktūra:
Anatazės atveju titano atomai yra sujungti su penkiais deguonies atomais, sudarančiais oktaedronus, kurie dalijasi kraštais. Todėl šis išdėstymas lemia atviresnę struktūrą, kurioje yra mažiau atomų tūrio vienetui, palyginti su rutile. Nepaisant mažo tankio, anatazė pasižymi puikiomis fotokatalitinėmis savybėmis, todėl tai yra svarbus saulės elementų, oro valymo sistemų ir savaiminio valymo dangų komponentas.
2. Energijos juostos atotrūkis:
Energijos juostos spraga yra dar viena svarbi TiO2 savybė ir prisideda prie jos unikalių savybių. Šis tarpas nustato medžiagos elektrinį laidumą ir jos jautrumą šviesos absorbcijai.
A. rutilo juostos struktūra:
Rutile TiO2turi santykinai siaurą juostos tarpą maždaug 3,0 eV, todėl jis yra ribotas elektrinis laidininkas. Tačiau jos juostos struktūra gali absorbuoti ultravioletinę (UV) šviesą, todėl ji idealiai tinka naudoti UV apsaugos priemonėms, tokioms kaip apsaugos nuo saulės.
B. Anatazės juostos struktūra:
Kita vertus, anatazė pasižymi platesniu juostos tarpu maždaug 3,2 eV. Ši savybė suteikia anatazės TiO2 puikų fotokatalitinį aktyvumą. Kai veikiami šviesos, valentinių juostos elektronai yra sužavėti ir pereina į laidumo juostą, sukeldami įvairias oksidacijos ir redukcijos reakcijas. Šios savybės atveria duris tokioms programoms kaip vandens valymas ir oro taršos mažinimas.
3. Defektai ir modifikacijos:
TiO2 struktūranėra be trūkumų. Šie trūkumai ir modifikacijos daro didelę įtaką jų fizinėms ir cheminėms savybėms.
A. Deguonies laisvos vietos:
TIO2 grotelės deguonies laisvų vietų defektai sukelia neporinių elektronų koncentraciją, todėl padidėja katalizinis aktyvumas ir spalvų centrų susidarymas.
B. Paviršiaus modifikacija:
Kontroliuojamos paviršiaus modifikacijos, tokios kaip dopingas su kitais pereinamojo metalo jonais arba funkcionalizavimas naudojant organinius junginius, gali dar labiau sustiprinti tam tikras TiO2 savybes. Pvz., Dopingas metalais, tokiais kaip platina, gali pagerinti jo katalizinį efektyvumą, o organinės funkcinės grupės gali padidinti medžiagos stabilumą ir fotoaktyvumą.
Apibendrinant:
Suprasti nepaprastą TiO2 struktūrą yra labai svarbu norint suprasti jos nepaprastas savybes ir platų naudojimo būdą. Kiekviena kristalinė TiO2 forma pasižymi unikaliomis savybėmis, pradedant nuo tetragonalinės rutilo struktūros iki atviros, fotokatalitiškai aktyvios anatazės fazės. Tyrinėdami energijos juostų spragas ir medžiagų trūkumus, mokslininkai gali dar labiau optimizuoti savo savybes, skirtas naudoti nuo valymo būdų iki energijos surinkimo. Kai mes ir toliau aiškiname titano dioksido paslaptis, jos potencialas pramonės revoliucijoje išlieka perspektyvus.
Po laiko: spalio-2023