Глава 1. Литературный обзор. 1.1 Структура и свойства диоксида титана.
Как известно, в природе существует три модификации диоксида титана [1-3], различающиеся между собой по свойствам и параметрам кристаллической решетки. Это кристаллы с тетрагональной сингонией (анатаз и рутил) и ромбической сингонией (брукит). Еще две модификации диоксида титана могут быть получены искусственно - ромбическая IV и гексагональная V. Параметры решетки приведены в таблице ниже [4].
|
Рутил
|
Анатаз
|
Брукит
|
Ромбическая IV
|
Гексагональная V
|
Параметры элементарной решетки, нм
|
a
|
0,4593
|
0,3785
|
0,51447
|
0,4531
|
0,922
|
b
|
—
|
—
|
0,9184
|
0,5498
|
—
|
c
|
0,2959
|
0,9486
|
0,5145
|
0,4900
|
0,5685
|
Табл. 1. Параметры кристаллической решетки TiO2
Основой кристаллической решетки этих модификаций являются октаэдры TiO6, т.е. каждый ион Ti4+окружен шестью ионами O2-, а каждый ион O2- окружен тремя Ti4+. Элементарная ячейка рутила состоит из двух молекул TiO2, а анатаза - из четырех [5].
Чаще всего встречается рутильная модификация, в рутил также переходят анатаз и брукит при достаточно сильном нагреве (400 - 1000°С и 750 °С соответственно).Находящиеся в чистом виде в природе кристаллы диоксида титана представляют ценность как достаточно редкие коллекционные материалы.
Диоксид титана нашел широкое применение в промышленности. Так, почти весь объем мирового производства TiO2используется производителями лакокрасочных материалов, пластмасс, ламинированной бумаги и др. Доля же использования TiO2 как полупроводника ничтожна, что связано с недостаточной изученностью полезных свойств соединений на его основе.
Рис. 1. Кристаллическая структура анатаза (серым цветом обозначены атомы титана, красным - кислорода).
Структурные, оптические и электронные свойства диоксида титана активно исследуются уже несколько десятилетий. Стоит отметить, что в фотокатализе используются только две модификации диоксида титана — рутил и анатаз.
Другая перспективная возможность — создание прозрачного диоксида титана. Действительно, титановые белила, являясь частицами с размером порядка 200-300 нм, рассчитаны на рассеяние белого света. Уменьшая размер частиц до ~100нм, можно добиться почти полной прозрачности материала, что позволяет использовать его в зеркалах, стеклах, бумаге и пр. [6].
Т.к. нанокристаллы TiO2обладают возможностью поглощать ультрафиолетовое (УФ) излучение, создание прозрачных порошков дает возможность его использования в солнечной косметике, пленках и прочих защищающих от УФ лучей средств.
Как мы видим, возможности применения диоксида титана поистине колоссальны. Но в последнее время взгляды ученых все больше обращаются именно к фотокаталитическим свойствам TiO2. Это связано с возможностью применения фотокатализаторов в решении экологических проблем планеты - очистке пресных вод и воздуха от органических загрязнений.
|
