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二氧化钛晶体结构的不同而影响着其催化性能。
2013-11-07 14:05:18

TiO2在自然界中存在三种晶体结构:金红石型、锐钛矿型和板钛矿型,其中金红石型和锐钛矿型TiO2具有较高的催化活性,尤以锐钛矿型光催化活性最佳。锐钛矿型和金红石型的晶型结构均由相互连接的TiO2八面体组成,两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。两种晶型结构如图1-1所[5]

  

    

 

 

TiO2的晶体结构a --金红石型;b --锐钛矿型

八面体间相互连接方式包括共边和共顶点两种情况,如图1-2所示:图1-2 

 TiO2结构单元的连接方式a--共边方式;b--共顶点方式

锐钛矿型TiO2为四方晶系,其中每个八面体与周围8个八面体相连接(4个共边,4个共顶角),4个TiO2分子组成一个晶胞。金红石型TiO2也为四方晶系,晶格中心为Ti原子,八面体棱角上为6个氧原子,每个八面体与周围10个八面体相联(其中有两个共边,八个共顶角),两个TiO2分子组成一个晶胞,其八面体畸变程度较锐钛矿要小,对称性不如锐钛矿相,其Ti–Ti键长较锐钛矿小,而Ti-O键长较锐钛矿型大。板钛矿型TiO2为斜方晶系,6个TiO2分子组成一个晶胞。

三种晶相以金红石相最稳定,而锐钛矿和板钛矿在加热处理过程中会发生不可逆的放热反应,最终都将转变为金红石相。

TiO2是怎样进行光催化的?
光照到TiO2表面使电子跃迁到高能态,成为活化电子,活化电子与H2O作用生成H2O*(活性),2个H2O*又与O2作用生成HO-(被H+中和,这也是光催化的溶液基本上是酸性的原因)和HO*(活性)基团,这个HO*(活性)就是强氧化性基团,进而降解或催化目标物质。

二氧化钛晶体自然界中有3种:板钛矿、锐钛型、金红石型,现在又有人整出TiO2-B型出来。

不同晶体结构的二氧化钛具有不同的催化性能?
其中最具有催化研究价值的是锐钛型,因为锐钛型的禁带宽度为3.2eV,能吸收波长<400nm的光,遗憾的是这部分光占太阳光的5%,科研人员努力奋斗的目标是怎样降低其禁带宽度,使其吸波波长红移。

明白否?

机理就是因为其禁带宽度不同,导致其吸光波长的不同,而吸光波长越宽,在相同的光照下,吸收的能量就越多,产生的HO*(活性)也就...而禁带宽度又与TiO2的结构有关,这就是不同晶体结构的二氧化钛具有不同的催化性能的原因。


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