TiO2TiO2金红石构造金红石构造资料物理1101-王亚光能能带构造构造四四三三根本参数根本参数缺陷缺陷类型型性性质运用运用一一二二 根本构造根本构造晶系：四方晶系 点群：P42/mmm晶胞参数：a0=0.459nm； c0=0.296nm光泽：金刚石光泽 硬度：6熔点：1850解理：110面解理比重：4.2-4.3g/cm 3颜色：红棕色、红色、黄色或黑色透明度：透明到不透明图1 金红石构造晶胞构造缺陷构造缺陷u分分类：非化学：非化学计量化合物共有量化合物共有4 4种种类型型u1 1、阴离子空位、阴离子空位(MaXb-y)(MaXb-y)型，型， 如如TiO2 TiO2-TiO2 TiO2-x x u2 2、阳离子填隙、阳离子填隙(Ma+yXb)(Ma+yXb)型，型， 如如ZnO Zn1+xOZnO Zn1+xOu 3 3、阴离子填隙、阴离子填隙(MaXb+ (MaXb+ y)y)型，型，如如UO2 UO2+xUO2 UO2+xu4 4、阳离子空位、阳离子空位(MayXb)(MayXb)型，型，u如如FeO Fe1-xOFeO Fe1-xO概念：从近代的晶体构造的实际和实验研讨结果阐明，具有化学计量比和非化学计量比的化合物都是普遍存在的。更确切地说，非化学计量化合物的存在是更为普遍的景象。非化学计量缺陷是指组成上偏离化学中的定比定律所构成的缺陷 ，它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。缺陷类型：非化学计量缺陷缺陷类型：非化学计量缺陷TiO2TiO2的缺陷反响方程式的缺陷反响方程式uTiO2会产生阴离子空位型缺陷，分子式可写为TiO2-xu产生缘由：环境中缺氧，晶格中的氧逸出到大气中，使晶体中出现了氧空位。 u缺陷反响方程式应如下： 等价于 即根据质量作用定律，平衡时，e=2 ：1TiO2的非化学计量对氧压力敏感，在复原气氛中才干构成TiO2-x。烧结时，氧分压缺乏会导致 升高，得到灰黑色的TiO2-x，而不是金黄色的TiO2。2 电导率随氧分压升高而降低。3假设PO2不变，那么影响要素影响要素u由图2可以看出高温时 与 具 有 良好的 线性关 系 ，即u电导率随温度的升高而呈指数规律添加，反映了缺陷浓度与温度的关系。 u电导率随氧分压升高而降低。u图 3为等温条件下金红石的电导率随氧分压变 化的关系，可以看出， 与 呈 线 性 关 系 。缺陷特点缺陷特点1 1非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、温度、非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、温度、 压力有关；压力有关；2 2可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；例例如如：TiO2-x TiO2-x 从从化化学学计计量量的的角角度度看看，晶晶体体中中氧氧空空位位，而而从从化化学的观念来看，可以为是学的观念来看，可以为是Ti2O3Ti2O3在在TiO2 TiO2 中的固溶体。中的固溶体。3 3非化学计量化合物都是半导体。非化学计量化合物都是半导体。 半半导导体体资资料料分分为为两两大大类类：一一是是掺掺杂杂半半导导体体，如如SiSi、GeGe中掺杂中掺杂B B、P P，SiSi中掺中掺P P为为n n型半导体；二是非化学计量型半导体；二是非化学计量化化合合物半导体，又分为金属离子过剩物半导体，又分为金属离子过剩n n型【包括型【包括负离负离子子缺缺位和间隙正离子】和负离子过剩位和间隙正离子】和负离子过剩p p型【正离型【正离子缺子缺位位和和间隙负离子】间隙负离子】图4 TiO2的能带构造和态密度能能带构造构造u其费米能级被选定在了其费米能级被选定在了u 能量零位，计算得到的能量零位，计算得到的u 最小带隙为最小带隙为1.8881.888。u这一数值远小于实际值这一数值远小于实际值3.23.2，这是由，这是由于软件本身以及算法的缘故呵斥，但与文于软件本身以及算法的缘故呵斥，但与文献值献值2.102.10比较两者非常接近。比较两者非常接近。图5 TiO2能带放大图第一布里渊区TiO2(四方晶系)Ti六方晶系Al面心立方Li体心立方第一布里渊区运用运用TiO2TiO2是一种新型半导体资料，具有众多的优越是一种新型半导体资料，具有众多的优越性能，运用广泛。在光催化、太阳能电池和性能，运用广泛。在光催化、太阳能电池和电学器件等领域有重要的运用前景，成为目电学器件等领域有重要的运用前景，成为目前国际学术界关注的一个重点。前国际学术界关注的一个重点。作作为光催化光催化资料料u光催化剂：光 + 催化剂TiO2。能吸收特定波长的光，使其分子到达激发态，具有非常活泼的性质，可与其他物质进展反响。u光催化机理：光催化光催化剂的运用的运用杀菌杀菌自干净自干净除臭除臭净化净化空气空气防紫外防紫外特点特点TiO2TiO2光触媒光触媒具有吸收紫具有吸收紫的特性的特性可将甲醛、苯，氮、可将甲醛、苯，氮、硫等氧化物及氨等氧硫等氧化物及氨等氧化，复原成为无害物化，复原成为无害物质。质。杀死，并分解为杀死，并分解为CO2CO2和和H2OH2O其超亲水性其超亲水性和强氧化性和强氧化性使得外表不使得外表不易附着污染易附着污染物物能强力分解甲醛、乙醛、甲能强力分解甲醛、乙醛、甲酸、苯酚、尼古丁等空气中酸、苯酚、尼古丁等空气中异臭味物质异臭味物质光催化光催化剂的的优点和缺乏点和缺乏u能能耗耗低低，反反响响条条件件温温暖暖，在在紫紫外外光光和和太太阳阳光光照射下就可以发生反响照射下就可以发生反响u降解没有选择性，几乎能降解任何有机物。降解没有选择性，几乎能降解任何有机物。u廉价，无毒廉价，无毒uTiO2TiO2光催化反响催化剂易分别和反复运用光催化反响催化剂易分别和反复运用u光催化效率低光催化效率低 u只能吸收紫外光只能吸收紫外光优势优势缺乏缺乏光催化光催化剂的改良的改良uTiO2 TiO2 半导体由于禁带宽度比较宽只半导体由于禁带宽度比较宽只能吸收紫外光，可经过掺杂改动其能吸收紫外光，可经过掺杂改动其性能性能！