Đang tải... (xem toàn văn)
Nano TiO2 là loại vật liệu có nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng. Sự quan tâm thích đáng đến việc phát triển loại vật liệu này để cho ra những sản phẩm ứng dụng có giá trị kinh tế xã hội cao đang là vấn đề cần thiết đặt ra cho các nhà quản lý, các nhà khoa học ở nước ta.
Nhóm trình bày 04 phần chính: Đặc điểm cấu trúc tinh thể TiO2 Tính chất quang vật liệu TiO2 Tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2 Một số ứng dụng vật liệu TiO2 1.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU TITANDIOXIDE (TiO2) Nano TiO2 loại vật liệu có nhiều ứng dụng, đặc biệt môi trường đảm bảo an ninh năng lượng Sự quan tâm thích đáng đến việc phát triển loại vật liệu này sản phẩm ứng dụng có giá trị kinh tế - xã hội cao vấn đề cần thiết đặt cho nhà quản lý, nhà khoa học ở nước ta Màng titandioxide, TiO2, ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kỹ thuật kính lọc, pin mặt trời, sensor quang, kính chống phản xạ, Trong thời gian gần đây, TiO2 phủ lên bề mặt loại vật liệu để diệt khuẩn, lọc khơng khí, chống rêu bám, giúp bề mặt vật liệu có khả tự làm sạch, chống sương bám, chống đọng nước, Titan đioxit (TiO2) có nhiều ứng dụng vật liệu có tính chất lý hóa, quang điện tử đặc biệt Cấu hình điện tử TiO2 Liên kết TiO2 liên kết ion Các nguyên tử titanium (Ti) oxygen (O) trao đổi điện tử hóa trị cho để trở thành cation anion Liên kết xuất ion trái dấu thông qua lực hút tĩnh điện Khi nguyên tử Ti O tiến lại gần để tạo nên tinh thể, tương tác mà chúng có phân bố lại điện tử nguyên tử Quá trình phân bố lại điện tử thỏa mãn điều kiện bảo tồn điện tích tồn hệ có xu hướng cho ngun tử có lớp vỏ ngồi lấp đầy điện tử Khi tạo thành tinh thể, nguyên tử Ti cho hai nguyên tử O bốn điện tử trở thành cation Ti4+ nguyên tử O nhận hai điện tử trở thành anion O2- Cấu trúc vùng TiO2 Anion O2- có phân lớp 2p lấp đầy sáu điện tử Vì vậy, tinh thể vùng 2p trở thành vùng đầy điện tử Cation Ti4+ khơng có điện tử phân lớp 4s nên tạo thành vùng 4s tinh thể vùng khơng chứa điện tử Khoảng cách hai vùng 4s 2p (hình bên) lớn eV Các chất mà vùng cho phép lấp đầy hoàn toàn điện tử trống hoàn toàn nhiệt độ thấp chất khơng dẫn điện, chất điện mơi chất bán dẫn + Khi T = (K), vùng lượng hóa trị bán dẫn điện mơi bị điện tử chiếm hồn toàn Theo nguyên lý loại trừ Pauli, mức vùng có hai điện tử chiếm Vùng nằm vùng hóa trị hồn tồn trống, khơng chứa điện tử gọi vùng dẫn Vùng hóa trị vùng dẫn cách vùng cấm + Khi T ≠ (K), số điện tử vùng hóa trị chuyển động nhiệt trao đổi lượng nên nhận lượng lớn lượng vùng cấm chuyển lên vùng dẫn Do độ rộng vùng cấm chất bán dẫn thường nhỏ so với độ rộng vùng cấm chất điện môi nên độ dẫn điện bán dẫn lớn nhiều lần độ dẫn điện điện môi + Sự phân biệt chất điện môi chất bán dẫn hoàn toàn quy ước vào độ rộng vùng cấm Các chất có độ rộng vùng cấm nhỏ 2.5eV thường xếp vào loại chất bán dẫn Các chất có độ rộng vùng cấm 5eV - 10eV thường xếp vào loại chất điện môi Ứng với độ rộng vùng cấm lớn 3eV màng TiO2, ta xếp thuộc loại chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn sử dụng lý thuyết bán dẫn để giải thích phần hấp thụ quang Khi lượng photon ánh sáng chiếu tới màng TiO2 lớn hay độ rộng vùng cấm nó, chuyển mức xảy chuyển mức xiên phép Mức Fermi tinh thể TiO2 nằm vùng cấm Tinh thể TiO2 (hình vẽ) bao gồm ba pha cấu trúc riêng anatase, rutile brookite Cơng trình không thực nghiệm khảo sát pha brookite, nên hai pha nghiên cứu trọng tâm pha anatase rutile Mạng TiO2 tuân theo kiểu mạng tinh thể hợp chất hóa học ion AB2 • nB = 2nA: số ngun tử B gấp đơi A • KAB =2KBA:số nguyên tử B bao quanh A gấp đôi số nguyên tử A bao quanh B O2 tạo thành phản ứng bay khỏi bề mặt màng, nghĩa hạt O bắc cầu bị bứt khỏi bề mặt màng để lại chỗ khuyết O Lúc này, phân tử nước H2O bám bề mặt màng bị phân ly thành anion OH- cation H+ lỗ trống khử anion OH- biến chúng thành OH hấp phụ (OHads) bề mặt: OH- ads + h+ OHads Hiện tượng phân tử nước hấp phụ hóa học thành nhóm OH bề mặt màng TiO2 (sau chiếu ánh sáng UV) diễn nhanh nên gọi tượng quang siêu thấm ướt nước ỨNG DỤNG CỦA TiO2 ỨNG DỤNG CỦA TiO2 Tách H2 từ H2O Làm xúc tác xử lý môi trường Khả tự làm Một số ứng dụng khác Tách H2 từ H2O Hiệu suất phân ly nước cịn thấp: Giải pháp Giảm kích thước hạt (d < 10 ÷ 15 nm) Chuyển vùng khả kiến Làm xúc tác xử lý môi trường KHỬ MÙI Biểu đồ khả khử mùi TiO2 XỬ LÝ NƯỚC Tối thiểu hố Trihalomethane q trình xử lí nước Clorine XỬ LÝ NƯỚC Hệ thống trồng cà chua với nước có xử lý TiO2 DIỆT KHUẨN Cơ chế diệt khuẩn DIỆT KHUẨN Cơ chế diệt khuẩn thiết bị XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT Hệ thống xử lý đất bị ô nhiễm Khả tự làm Với khả tự làm sạch, chất quang xúc tác ứng dụng để ngăn trình bám bẩn đồ dùng hàng ngày TỰ LÀM SẠCH Khả chống mờ màng TiO2 TỰ LÀM SẠCH Khả chống mờ màng TiO2 Một số ứng dụng khác TiO2 sử dụng nhiều lĩnh vực khác như: Vật liệu gốm, chất tạo màu, chất độn, làm vật liệu chế tạo pin mặt trời, làm sensor để nhận biết khí môi trường ô nhiễm nặng, sản xuất bồn rửa tự làm bề mặt nước (tự xử lý mà khơng cần hố chất), làm vật liệu sơn trắng khả tán xạ ánh sáng cao, bảo vệ bề mặt khỏi tác động ánh sáng ... TiO2 Tính chất quang vật liệu TiO2 Tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2 Một số ứng dụng vật liệu TiO2 1.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU TITANDIOXIDE (TiO2) Nano TiO2 loại? ?vật. .. rộng vùng cấm chất bán dẫn thường nhỏ so với độ rộng vùng cấm chất điện môi nên độ dẫn điện bán dẫn lớn nhiều lần độ dẫn điện điện môi + Sự phân biệt chất điện mơi chất bán dẫn hồn tồn quy ước... mặt vật liệu có khả tự làm sạch, chống sương bám, chống đọng nước, Titan đioxit (TiO2) có nhiều ứng dụng vật liệu có tính chất lý hóa, quang điện tử đặc biệt Cấu hình điện tử TiO2 Liên kết TiO2