二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)性質(zhì)

1、銳鈦礦型二氧化鈦的結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用納米TiO2在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方而有許多優(yōu)異性能，能夠把光能轉(zhuǎn)化 為電能和化學(xué)能，使在通常情況下難于實現(xiàn)或不能實現(xiàn)的反應(yīng)（水的分解）能夠在溫和的條件下（不需要高溫高壓）順利的進行。納米TiO2具有獨特的光催化性、優(yōu)異的 顏色效應(yīng)以及紫外線屏蔽等功能，在能源、環(huán)保、建材、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景，是一種重要的功能材料12。TiO2在自然界中主要存在三種晶體結(jié)構(gòu)：金紅石型、銳鈦礦型和板鈦礦型，而 金紅石型和銳鈦礦型都具有催化活性。但是，其光催化活性也具有很大的局限性， 這是由于TiO2的禁帶較寬（3.2 eV），只在紫外光照射下才有光催化活性，沒有可見

2、光光催化活性，因此需要對TiO2進行改性研究，以拓寬TiO2的光譜響應(yīng)范圍，把 吸收邊紅移至可見光區(qū)，使其具有可見光催化活性。研究表明銳鈦礦型比金紅石相 的光催化性能要好，這可能跟內(nèi)部的晶體缺陷有關(guān)。銳鈦礦型TiO2為四方晶系，其中每個八面體與周圍8個八面體相連接（4個共邊, 4個共頂角），4個TiO2分子組成一個晶胞。金紅石型TiO2也為四方晶系，晶格中心 為Ti原子，八面體棱角上為6個氧原子，每個八面體與周圍10個八面體相聯(lián)（其中 有兩個共邊，八個共頂角），兩個TiO2分子組成一個晶胞，其八面體畸變程度較銳 鈦礦要小，對稱性不如銳鈦礦相，其 Ti -"i鍵長較銳鈦礦小，而Ti-O

3、鍵長較銳鈦礦 型大。板鈦礦型TiO2為斜方晶系，6個TiO2分子組成一個晶胞。9? o原子O Ti原子蚓牡礦卻晶體結(jié)構(gòu)金紅石申晶煤貉構(gòu)三種晶體結(jié)構(gòu)中，金紅石相最穩(wěn)定，銳鈦礦和板鈦礦經(jīng)加熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石 相。TiO2不溶于稀堿、稀酸，但溶于熱濃硫酸、鹽酸、硝酸。因其介電常數(shù)比較高, 所以具有較好的導(dǎo)電性能。不同性能是由不同結(jié)構(gòu)決定的。研究者根據(jù)水熱法、溶膠凝膠等方法已經(jīng)成功的合成出了不同形貌的銳鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦34。關(guān)于對其摻雜的種類有很多，第一類主要是進行金屬摻雜，一方面降低電子和 空穴的復(fù)合，另一方面降低TiO2帶隙能。第二類主要是進行非金屬摻雜，如將 N、 C等元素摻雜到TiO2晶體結(jié)構(gòu)

4、中，也可以實現(xiàn)上述目的。目前，關(guān)于研究最多的是 制備摻雜型的TiO2,提高其光催化性能5。TiO2的應(yīng)用很廣，因其是最白的顏料，俗稱鈦白?？捎脕碇圃焯沾伞弘姴牧?和一些耐高溫的材料。并且還可用作搪瓷的消光劑，產(chǎn)生一種很光亮的、硬而耐酸 的搪瓷釉罩面。目前關(guān)于二氧化鈦研究最多的是根據(jù)銳鈦礦型存在的晶體缺陷，進 行摻雜，改善其光催化活性，提高二氧化鈦對光的利用效率，以便應(yīng)用到太陽能電 池和污水處理等方面。TiO2因其晶體結(jié)構(gòu)，是一種很好的半導(dǎo)體材料和電子陶瓷材料。半導(dǎo)體型的氧 化鈦系陶瓷可用于空氣一燃料(A/F)比控制的傳感器。MgCr2O4-TiO2陶瓷可以制成 對氣體 、濕度 、溫度具有敏感

5、特性的多功能傳感器。TiO2 薄膜的研究因其具有自潔凈等多種功能，在實際生產(chǎn)中可制成自清潔玻璃或外墻磚。Ti O 2對紫外線有十分優(yōu)異的屏蔽作用。納米TiO2無毒、無刺激、耐水、無怪 味、穩(wěn)定性好作為紫外線 屏蔽劑主要應(yīng)用于防曬化妝品、涂料、塑料、化纖、橡膠等方面。TiO2納米微粒薄膜還可用作光敏染料太陽能電池 (DSSC)。此外，利用納米TiO2的光催化性可充 分抑制或殺滅環(huán)境中的有害微生物，使環(huán)境微生物人的危害降低。TiO2已成為最 有開發(fā)前景的綠色環(huán)保型催化劑，美國將二氧化鈦光催化技術(shù)規(guī)定為解決環(huán)境問題 的首選技術(shù)。目前，采用無毒、快速反應(yīng)、高效率降解、無二次污染的TiO2基催化劑光催化

6、方法治理環(huán)境污染日益受到人們的重視，它在廢水凈化處理過程中發(fā)揮 了巨大的潛能。近年來，由揮發(fā)性有機物所帶來的空氣污染問題日趨嚴重。在眾多 的治理技術(shù)中，TiO2光催化降解有機污染物作為一種理想的環(huán)境治理技術(shù)倍受關(guān) 注 6。TiO2半導(dǎo)體光催化反應(yīng)的能力由其能帶位置及被吸附物質(zhì)的還原電勢所決定，同時 也與晶體結(jié)構(gòu)、品格缺陷、晶粒尺寸分布、品面狀態(tài)以及制備方法等諸多因素有關(guān)， 其光譜響應(yīng)與禁帶寬度有關(guān)。目前關(guān)于 TiO2的催化機理如下反應(yīng)式：_ hi)TiO： _+h+h+ OFrh+ +- HaO *0H + H4h+ + Of王泰林，沈建興低維度納米二氧化鈦的研究進展J.山東陶瓷，2013,

7、36(3): 23-25. 黃運瑞，周慶祥，閆家偉等.二氧化鈦納米管陣列的應(yīng)用研究進展J.材料導(dǎo)報，2012,26(23):51-54, 60. Zuoli He，Wen xiu Que，* Jing Che n ACS Applied Materials & In terfaces. 2012, 4, 5287.He ZL; Que WX; Chen J; et al. Photocatalytic Degradation of Methyl Orange over Nitrogen-Fluorine Co-doped TiO 2 Nan obelts Prepared by Solvothermal Sy nthesis. ACS Appl. Mater. I nterfaces 2012, 4, 6816. 殷婷婷，王國宏，韓德艷等.水熱法制備納米二氧化鈦的研究進展J.廣州化工，2012,40(5):10-12, 20.王精志，施文健，顧海欣等.摻氮二氧化鈦的制備方法研究進