锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能
二氧化钛晶型转变温度
二氧化钛晶型转变温度一、引言二氧化钛是一种重要的半导体材料，广泛应用于太阳能电池、光催化、传感器等领域。
其性质与晶型密切相关，因此研究二氧化钛晶型转变温度具有重要意义。
二、二氧化钛晶型二氧化钛有多种晶型，常见的有锐钛矿相（rutile）、金红石相（anatase）和布拉格反射线相（brookite）。
其中锐钛矿相是最稳定的一种，具有良好的光电性能。
三、影响二氧化钛晶型转变温度的因素1. 初生晶粒大小：初生晶粒越小，转变成anatase相的温度越低。
2. 水分：水分对anatase和brookite相的形成都有影响。
适量水分可以降低rutile-to-anatase转变温度；过多水分则会促进brookite-to-rutile转变。
3. 晶体结构：不同晶体结构对应不同稳定性，因此不同结构下的转变温度也不同。
4. 添加剂：添加一些离子或分子可以影响二氧化钛晶型转变温度。
例如，掺杂一定量的氮可以降低rutile-to-anatase转变温度。
四、二氧化钛晶型转变温度的测定方法1. 差示扫描量热法（DSC）：该方法通过对样品加热或降温时所吸收或放出的热量进行测定，确定二氧化钛晶型转变温度。
2. X射线衍射法（XRD）：该方法通过对样品进行X射线衍射，观察不同晶型下的衍射峰位置和强度来确定二氧化钛晶型转变温度。
3. 红外光谱法（IR）：该方法通过对样品进行红外光谱分析，观察不同晶型下的特征吸收峰位置和强度来确定二氧化钛晶型转变温度。
五、结论二氧化钛晶型转变温度受多种因素影响，包括初生晶粒大小、水分、晶体结构和添加剂等。
目前常用的测定方法包括差示扫描量热法、X 射线衍射法和红外光谱法。
深入了解这些因素和方法有助于进一步优化二氧化钛的性能和应用。
锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的区分
1、（锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛）的区分1.1 方式利用X射线衍射仪取得XRD图谱进行分析用到的仪器X射线衍射仪X射线产生原理：高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部份（1％左右）能量转变成X射线，而绝大部份（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高1.2.1 X射线管的结构阴极：又称灯丝(钨丝)，通电加热后便能释放出热辐射电子。
阳极：又称靶，通常由纯金属制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag, W等)，使电子突然减速并发射X射线。
阳极需要水强制冷却。
窗口：是X射线射出的通道，维持管内高真空，对X射线吸收较少，如金属铍、含铍玻璃、薄云母片X射线管中心核心在X射线衍射中，总希望有较小的核心（提高分辨率）和较强的X射线强度（缩短爆光时刻）。
一样采纳在与靶面成必然角度的位置同意X射线，如此能够达到核心缩小，X射线相应增强的目的。
1.2.2 X射线特点理论基础：布拉格方程用X射线衍射分析法中的粉末法来分析两种结构。
只有知足Bragg方程，才能产生衍射现象，因此用粉末法对测定的晶体样品，不改变λ,要持续改变θ。
：用单色的X射线照射多晶体试样，利用晶体的不同取向来改变θ,以知足Bragg方程。
试样要求：粉末，块状晶体。
特点：试样容易取得，衍射花腔反映晶体的全面信息。
粉末法：由于多晶体由无数取向无规的单晶组成，相当于单晶绕所有取向的轴转动，晶体内某等同晶面族{HKL}的倒易点，形成－相应倒易矢量ｇＨＫＬ为半径的倒易球。
一系列的倒易球与反射球相交，其交集是一系列园，那么相应的衍射线束散布于以样品为中心、入射方向为轴、上述交线园为底的园锥面上。
1.2.5 二者结构分析晶胞结构的不同金红石型二氧化钛及锐钛型二氧化钛结晶类型均为正方结晶，前者为R型，后者为A型。
金红石型二氧化钛晶格结构致密，比较稳固，光化学活性小，因此耐久性由于锐钛型二氧化钛。
另外，金红石型二氧化钛晶体结构是细长的成对的孪生晶体，每一个金红石晶胞含有2个二氧化钛分子，以两个棱相连，这比锐钛型二氧化钛八面体的形式体积更小、结构更密，因此硬度和密度增大，介电常数和导热性增加，因此耐候性好，不易粉化(a)金红石型(b)锐钛型金红石型和锐钛型晶胞中TiO2分子数别离是2和4。
晶型转变的影响因素
影响晶型转变的因素众所周知,构造决定性质,而对于晶体来说，当外界条件变化时，晶体构造形式发生改变，碳、硅、金属的单质、硫化锌、氧化铁、二氧化硅以及其他很多物质都具有这一现象，所以本文通过查阅文献举例说明影响晶型的一些因素，主要有温度、压力、粒度和组成。
一、温度温度对晶型影响比拟复杂，当温度升高时，晶体中的分子或某些离子团自由旋转，取得较高的对称性，而改变晶体的构造。
下面举例说明：(1) BaO·Al2O3·SiO2(BAS)系微晶玻璃的主晶相为钡长石。
钡长石主要的晶型有单斜钡长石(monoclinic celsian)、六方钡长石( hexa celsian)和正交钡长石(orthorhombic celsian),三者的关系如图1所示:Fig. 1 The phase transformation of celsian由图中我们可以看到:六方钡长石膨胀系数高,为8. 0×10-6/℃,而且在300℃左右会发生其向正交钡长石的可逆转变,转变过程中伴随着3-4%的体积变化。
(2)当预热温度小于400℃时，反响所得到的产物氧化铝为非晶态的A12O3。
非晶A12O3。
在热力学上是一种亚稳状态，所以它有向晶态转化的趋势。
当温度不够高时，非晶A12O3中的原子的运动幅度较小，同时晶化所必不可少的晶核的形成和生长都比拟困难，因此非晶态向晶态的转化就不易。
为研究所制备的非晶A12O3。
向晶态Al2O3转变的规律，我们把在300℃时点火得到的非晶A12O3 进展了锻烧处理，结果见表2:Fig.1 XRD Patterns of Produets kept for 1.5h at 700一900℃Fig.2 XRD Pattems of produets kept for o.5h at l000一l200℃Fig.3 XRD Pattems of produets kept for o.5h at l000℃and l200℃Fig.4 XRD Pattems of produets kept for different time at l000℃Fig.5 XRD Pattems of produets kept for different time at 1100℃从图1中可以看到，非晶态的氧化铝经700、800、900℃锻烧1.5h后，氧化铝从非晶态转变为r-A12O3，并且随着温度的升高r- A12O3。
二氧化钛 碳热还原 相转变 金红石 锐钛矿
二氧化钛碳热还原相转变金红石锐钛矿下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉有哪些区别
很多人在生活中常常分不清锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉的区别，作为钛白粉下非常受欢迎的两类产品，我们应该适当的了解这二者的不同：很简单的一种方法就是锐钛型钛白粉经过高温制得金红石型钛白粉，所以说锐钛型是没有熔点的。
其实它们的区别方法还有很多，外观、内部结构等个方面都有不同，当大家掌握了这些信息，就可以很好的辨别出它们了……（锐钛型钛白粉-图例）【锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉的区别】从构造、物化性质等方面我们都可以了解到这二者的不同，今天就由迈图化学的技术人员为大家来介绍一下：一、锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉TiO2属于一种n型半导体材料，金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉是钛白粉的两大重要种类，但是由于两者性质不同，从而也导致了它们各方面的差异，锐钛型和金红石型均属四方晶系，两种晶型都是由相互连接的TiO6八面体组成的，每个Ti原子都位于八面体的中间，且被6个O原子围绕。
二、锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉化学性质的区别两者的差别主要是八面体的畸变程度和相互连接方式不同。
金红石和锐钛矿晶胞结构的差异也导致了这两种晶型物化性质的不同。
从热力学角度看，金红石是相对稳定的晶型，熔点为1870℃；而锐钛是二氧化钛的低温相，一般在500℃~600℃时转变为金红石。
二氧化钛晶型转变的实质是晶胞结构组成单元八面体的结构重排。
金红石晶型结构中原子排列更加致密，密度、硬度、介电常数更高，对光的散射也更大。
因此，金红石是常用的白色涂料和防紫外线材料，对紫外线有非常强的屏蔽作用，在工业涂料和化妆品方面有着广泛的应用。
锐钦的带隙宽度为稍大于金红石的，光生电子和空穴不易在表面复合，因而具有更高的光催化活性能够直接利用太阳光中的紫外光进行光催化降解，而且不会引起二次污染。
因此，锐钛矿是常用的处理环境污染方面问题的光催化材料。
三、锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉物理性质的区别1.熔点和沸点由于锐钛型在高温下会转变成金红石型，因此锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。
TiO2综述
TiO2综述纳⽶TiO2的性能、应⽤及其制备⽅法综述摘要：纳⽶TiO2具有独特的光催化性、优异的颜⾊效应以及紫外线屏蔽等功能, 在光催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、⽓敏传感器件等⽅⾯具有⼴阔的应⽤前景。
国内外⽂献对纳⽶TiO2的性质、应⽤及其制备⽅法进⾏了⼤量的性能、应⽤及制备⽅法研究进⾏了综述。
的研究报道, 本⽂对有关纳⽶TiO2关键字：纳⽶TiO2、性能、应⽤、制备⼀、简介：纳⽶⼆氧化钛，亦称纳⽶钛⽩粉。
从尺⼨⼤⼩来说，通常产⽣物理化学性质显著变化的细⼩微粒的尺⼨在100纳⽶以下，其外观为⽩⾊疏松粉末。
具有抗紫外线、抗菌、⾃洁净、抗⽼化功效，可⽤于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。
⼆、分类：①、按照晶型可分为:⾦红⽯型纳⽶钛⽩粉和锐钛型纳⽶钛⽩粉。
②、按照其表⾯特性可分为:亲⽔性纳⽶钛⽩粉和亲油性纳⽶钛⽩粉。
③、按照外观来分：有粉体和液体之分，粉体⼀般都是⽩⾊，液体有⽩⾊和半透明状。
三、纳⽶TiO2的性能：纳⽶TiO2除了具有与普通纳⽶材料⼀样的表⾯效应、⼩尺⼨效应、量⼦尺⼨效应和宏观量⼦隧道效应等外, 还具有其特殊的性质, 尤其是催化性能。
3. 1 基本物化特性纳⽶TiO2有⾦红⽯、锐钛矿和板钛矿3种晶型。
⾦红⽯和锐钛矿属四⽅晶系, 板钛矿属正交晶系,⼀般情况下,板钛矿在650℃转变为锐钛矿,锐钛矿915℃转变为⾦红⽯,结构转变温度与TiO2颗粒⼤⼩、含杂质及其制备⽅法有关,颗粒愈⼩,转变温度愈低,锐钛型纳⽶TiO2向⾦红⽯型转变的温度为600℃或低于此温度,纳⽶TiO2化学性能稳定,常温下⼏乎不与其它化合物反应,不溶于⽔、稀酸,微溶于碱和热硝酸,不与空⽓中CO2、SO2、O2等反应,具有⽣物惰性和热稳定性,⽆毒性[1]。
3. 2光催化性纳⽶TiO2是⼀种n型半导体材料,禁带宽度较宽,其中锐钛型为3.2eV,⾦红⽯型为3.0eV,当它吸收了波长⼩于或等于387.5nm 的光⼦后,价带中的电⼦就会被激发到导带,形成带负电的⾼活性电⼦e-,同时在价带上产⽣带正电的空⽳h+,吸附在TiO2表⾯的氧俘获电⼦形成?O2-,⽽空⽳则将吸附在TiO2表⾯的OH-和H2O氧化成具有强氧化性的?OH,反应⽣成的原⼦氧、氢氧⾃由基都有很强的化学活性, 氧化降解⼤多数有机污染物,同时空⽳本⾝也可夺取吸附在半导体表⾯的有机物质中的电⼦,使原本不吸收光的物质被直接氧化分解,这两种氧化⽅式可能单独起作⽤也可能同时起作⽤,对于不同的物质两种氧化⽅式参与作⽤的程度有所不同[2]。
由钛精矿制备人造金红石的研究进展
由钛精矿制备人造金红石的研究进展作者：孙雪姜志铭付雅君来源：《科技风》2016年第09期摘要：综合评述了国内外由钛精矿制备人造金红石的研究方法及工艺特点。
通过对各种研究工艺的对比找到最佳的研究方法，以期对我国人造金红石的发展提供有益的启示。
关键词：人造金红石；钛精矿；研究方法；研究进展我国钛精矿资源比较丰富，相比天然金红石储量却很少。
目前以人造金红石作为生产钛产品的主要理想原料，因此生产优质的人造金红石产品变得尤为重要，资源丰富的钛精矿就成为了制备人造金红石的理想原料。
国内外对人造金红石的研究工艺取得了相应的进展。
1 国内研究状况中国的人造金红石技术远远落后于国外，导致每年人造金红石的年产量非常稀少，总计生产能力每年只有几万吨而已，生产规模特别小，生产技术落后，几乎都是中试规模。
1.1 氯化法在1980年北京有色金属研究总院以钛精矿为生产原料进行研究，其原理是利用钛精矿中各组分在氯化过程中热力学上变化的不一样，以达到分离TiO2 的目的。
其优点是制得的人造金红石品位高，缺点是杂质含量高，减少杂质含量，面临的技术难度很大，经济问题棘手。
该法在原理上可行，但很难实现工业化。
1.2 盐酸法在1984年成都科技大学与自贡东升钛黄厂等单位以浸出罐这样的实验设备为主体，进行盐酸加压浸出生产高品位人造金红石工艺研究[ 1 ]。
其优点是基本可以实现工业化，但是缺点是由于设备腐蚀比较严重，维护成本较高，环保问题难以有效解决。
1.3 硫酸法北京有色金属研究总院开展了用钛白废酸处理攀枝花钛精矿制取人造金红石的试验。
该工艺最大的优点是废酸循环利用，但存在的缺点是有副产物产生所带来的环境污染问题[ 2 ]。
1.4 氧化还原改性—盐酸浸出以攀枝花钛精矿为原料，采用流态化强氧化还原，常压浸出，浸出母液喷雾焙烧，盐酸循环利用工艺技术路线，可以生产高品位的人造金红石[ 3 ]。
该工艺最大的优点是实现了盐酸闭路循环利用，全流程无污染物排放，使环保问题得到有效解决。
钛铁矿制备人造金红石的方法
１ ． 具 体 实验 过 程
１ ． １ 实验原料 钛铁矿 ， 其化学成分为 ： ＇ ｒ ｉ ｏ ２ ， Ｆ ｅ ， Ｃ ａ Ｏ， Ｍｇ Ｏ ， Ａ１ Ｏ ３ ， Ｆ ｅ Ｏ ， Ｍｎ ， Ｓ ｉ Ｏ 。 １ － ２实验流程 将原料细磨 。 再用盐酸浸泡 ． 从而达到分离杂志的 目的 ． 最后进行 晶型的转变 ， 从而得到高品味的人造金红石 。 与传统工艺相 比， 其杂 质 含量大大减少 ， 且不污染环境 ， 十分环保高效 。再加盐酸 的的过程 中 ． 应注意一些问题。 确保过滤 ， 洗涤煅烧 的顺利进行 。 其 除去杂质 的原理 是钙镁等杂质能 与盐酸反应 ． 形 成溶液 ． 而钛与盐酸在本 实验条件下 则没有影响 ． 从而达到分离杂质的 目的
所 以． 根据上述试验结果 可知． 采用盐 酸直接浸出时， 一 般要求盐 酸浓度 高 、 并通常采用压浸出周 此存在设备腐蚀严 重 、 再生盐酸难 以 循环等 问题 。 在试验室 浸出结论的基础上 ． 为 了降低初 始浸出酸浓度 ， 提出 了
多级逆 流浸出 ． 并进行 了半工业 化试验 ， 上级浸 出液过滤后进 人下一 级浸 出． 实现浸 出酸多次循环利用 。 现在介绍二级逆流浸 出。 试验规模 为每天处理 ２ ０ ０ Ｋ Ｓ 钛铁 矿 。 在半工业试验 中查找更多的细节问题。二 级逆流浸 出半工业试 验条件 ： 每批投钛铁矿 ２ ０ ０ Ｋ ｇ ， 粒度一 ０ ． ０ ７ ４ ｍ ｍ占 ７ ０ ％以上 。 盐 酸常压浸出 ； 盐 酸浓度 ２ ０ ％～ ２ ２ ％； 温度 ９ ０ ～ ９ ５ ℃； 液 固 比 Ｌ ／ Ｓ ＝ ４ ： １ ～ ６ ： １ ； 浸 出时间 ４ ｈ 。 为进一步降低初始浸出酸浓度 ． 进行 了三级逆流浸 出试 验。为了 确定最佳工艺条件以及 浸出初始盐酸浓度 、 浸 出时间 以及浸 出液固比 等 因素对试验的影响 ． 在进行三级逆流浸 出时进行 了针对性试 验。初 始盐酸浓度增加 到一定程度后 ， 人 造金红石中 Ｔ ｉ Ｏ 的含量变化较小 ， 这主要是因为 ， 在盐 酸浸 出时， 铁、 钙、 镁等可溶杂质 已基本全部浸 出。 继续提高盐酸浓度对浸 出率影响很小 同时降低溶液体 系中的盐 酸浓 度， 抑制 了 Ｔ ｉ Ｏ 的溶解 。当初始盐酸浓度继续增加 时， 虽然提高 了溶 液的杂质去除能力 ．但 同时也将部分可溶钛溶解进入到溶液体 系中， 所 以通过 继续 增加初始盐 酸浓度来 提高 Ｔ ｉ Ｏ 含量 的难度将 增加 ， 效 果并不 明显 。 对 比盐酸三级逆流浸出和二级逆流浸出结果 ． 在同等的初始盐酸 浓度以及 总液 固比条件下 ． 三级逆流浸出得到的产品含量 高达 ９ ４ ％以 上． 明显高于二级逆 流浸 出的产 品． 品位 及粒度均满足 国家行业标准 所规定 Ｔ ｉ Ｏ 的要求 可为氯化钛 白提供优 质的原材料 。
金红石型TiO2光催化性能初步研究
金红石型TiO2-CNTs复合粉体的制备与光催化性能初步研究摘要：利用微波等离子体反应装置，以廉价的钛铁矿为原料，制备金红石型TiO2-CNTs复合粉体。
并研究在不同反应条件下该产物对甲基橙的光催化降解效率。
结果表明了纳米碳管的结构和含量对光催化效率有较强的影响。
关键词：微波等离子体；钛铁矿；碳纳米管；二氧化钛；光催化0 引言在水体、土壤和大气环境中存在许多有机污染物，这些只有少量有机污染物能通过水体和大气环境自行降解，其中大多数是有害有毒，一直威胁着人类。
工业上处理有机污染物的常见方法有化学法、吸附法和沉淀法。
1972年，Akira Fujishima等[1]在N-型半导体电极上发现水在光波辐射下可发生氧化还原反应分解为H2和O2。
从此，人们对光催化氧化技术改性技术研究一直没有停止，特别是光催化氧化，操作方便，反应条件温和，光催化活性好，耐光腐蚀能力强等突出特点，因而在水处理技术中具有广阔的应用前景。
关于光催化氧化机理也有深入研究。
在污染水中加入一定量的光敏半导体材料（本实验为），通过具有一定能量的光照射，光敏半导体材料即被光激发出电子-空穴对，吸附在光敏半导体表面的溶解氧水及污染物分子接受光生电子或空穴，从而发生一系列氧化还原反应，使污染物降解为小分子、CO2、H2O[2]，从而达到被分解的目的。
反应过程如下：TiO2+hv→h++e-①h++e-→hv ②e-+O2→O2- ③h++H2O→H++-OHh++OH-→-OH ④具体来说，当为催化剂光催化氧化污染物时，每一颗半导体微粒吸附污染物后，如同一颗短路的微型电池。
在紫外光照射下，被激发出e-和空穴h+，形成电子空穴对（①），而过氧离子O2-（③）由吸附在TiO2颗粒表面的O2俘获电子形成，并阻止电子与空穴的复合（②）。
另外，空穴结合H2O和OH-发生氧化反应生成氢氧自由基-OH（④）。
游离的O2-和-OH表现出强烈的化学活性，与化合物相结合，生成CO2和H2O，故而达到降解污染物的目的[3]。
TiO2金属氧化物纳米复合结构中TiO2相变过程的研究
TiO2金属氧化物纳米复合结构中TiO2相变过程的研究二氧化钛有板钛矿、金红石和锐钛矿三种晶型。
其中金红石和锐钛型TiO2应用较广泛。
因为金红石的型晶胞比锐钛型的优点更多，所以金红石型TiO2的应用比锐钛型TiO2更为广泛。
要实现TiO2彻底的相变, 通常需要较高的加热温度和较长的加热时间。
这就导致工业生产能耗大, 成本高。
为了降低能耗, 必须寻找降低TiO2相变温度的方法。
我们使用高压静电纺丝法来制备TiO2，并用微区共焦激光Raman、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等表征方式来对TiO2来进行相变研究。
以此来找到更好的TiO2相变方法。
第一章绪论在纳米尺寸上即10-10-10-7m的范围内对自然界事物的认识和改造被称之为纳米技术。
它是直接安排和操作分子与原子来得到全新的物质。
正因为如此随着纳米技术的发展，纳米材料也逐渐增多的产生。
纳米材料也因为具有小尺寸和大比表面积等物理效应，在新世纪的研究与应用上占据了自己的一席之地。
随着现代科学技术的发展，人类对能源的需求量越来越大，而矿物燃料的开采已有日趋枯竭之时，因而对新能源的开发和利用成为中所关注的重要课题[1]。
TiO2因其可见光透过率搞、高折射率和化学稳定性好等优良特性在光催化降解有机物、染料敏化太阳能电池以及防雾自清洁等方面展现出广阔的应用前景[2-4]。
除此以外，TiO2的纳米纤维比较容易制的，所以对TiO2的研究被广泛开展。
1.1关于纳米材料1.1.1纳米材料的物理效应任意小粒子进入纳米量级即1-100nm时，其就会具有纳米材料具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应与宏观量子隧道效应。
1）量子尺寸效应当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
因为量子尺寸效应，当能级间隙比热能、磁能、静电能、静磁能、光子能量大的时候那么此物质纳米材料的光、电、声、热、磁的性质会与其在宏观状态下的特性有明显的不同。
锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能
锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能摘要：TiO2 是多相光催化研究中使用较多的一种材料。
其在自然界存有3种不同的晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿相。
锐钛矿相转变为金红石相的过程是扩散相变。
金红石是热力学稳定相, 锐钛矿是亚稳相, 并且从锐钛矿相到金红石相的相变是亚稳相到稳定相的不可逆相变。
而煅烧时间与煅烧温度会影响其晶型的转变。
在众多影响光催化性能的因素中，晶型是较为重要的一个因素。
关键字：锐钛矿、金红石、TiO2、相变、光催化光催化降解是一门新型的并正在迅速发展的科学技术。
研究表明，在适当的条件下，许多有机物污染物经光催化降解，可生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。
目前，在光催化降解领域所采用的光催化剂多为N型半导体材料, 如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3和CdS 等, 其中TiO2以其无毒、价廉、稳定和特殊的光、电性能等优点倍受人们青睐，成为最受重视的一种光催化剂[1]。
1.二氧化钛的结构近年来, TiO2纳米材料制备、表征及改性一直是光催化研究领域的重点。
同一种半导体可能具有不同的晶型，晶型的不同实际上就是组成物质的原子不同的空间构型有序的排布。
二氧化钛是白色粉末状多晶型化合物, 自然界有锐钛矿型, 金红石型和板钛型三种晶型结构, 但板钛型二氧化钛极不稳定且无实用价值[2]。
所以目前的研究一般都主要为金红石相及锐钛矿相。
TiO2晶体基本结构是钛氧八面体( TiO6)。
钛氧八面体连接形式不同而构成锐钛矿相、金红石相和板钛矿相。
锐钛矿型和金红石型均属于四方晶系，二者均可用相互连接的Ti06八面体表示，但八面体的畸变程度和连接方式各不不同。
板钛矿型属正交晶系，一般难以制备，目前研究很少。
如图1所示，金红石型（a）的八面体不规则，微显斜方晶；锐钛矿(b)呈明显的斜方晶畸变，对称性低于前者。
从图2[3]中可以看出锐钛矿TiO2的Ti-Ti键长比金红石大，而Ti-O键比金红石小。
金红石二氧化钛纳米片的性质及其光催化活性
金红石二氧化钛纳米片的性质及其光催化活性赵丹丹;于彦龙;高东子;曹亚安【摘要】采用溶胶-凝胶、质子交换和层状剥离的方法,制备出金红石TiO2纳米片.利用X射线电子衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X光电子能谱(xPS)的价带谱和荧光光谱(PL)等对样品进行了表征,研究了光生载流子的转移过程.结果证明:金红石TiO2纳米片具有较大的比表面积(185.7m2/g),厚度约5 nm,与金红石TiO2样品相比,金红石TiO2纳米片的禁带宽度增加,氧化还原能力增强;此外,纳米片结构能够促使光生载流子快速转移到纳米片的表面并产生有效分离,阻止了光生电子和空穴的复合,提高了光催化反应中光生载流子的利用率.金红石纳米片的这些特性导致其具有较高的光催化活性,紫外光催化降解对氯苯酚的实验表明:金红石TiO2纳米片的光催化活性高于金红石TiO2和锐钛矿TiO2样品.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2016(031)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】金红石TiO2纳米片;比表面积;能带结构;光生载流子;光催化活性【作者】赵丹丹;于彦龙;高东子;曹亚安【作者单位】南开大学物理科学学院,泰达应用物理研究院,弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津300457;南开大学物理科学学院,泰达应用物理研究院,弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津300457;南开大学物理科学学院,泰达应用物理研究院,弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津300457;南开大学物理科学学院,泰达应用物理研究院,弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津300457【正文语种】中文【中图分类】O643;O644低维结构TiO2具有维度低、化学稳定性好和氧化还原能力强等特点, 近年来被广泛应用于光催化、太阳能电池和纳米器件等领域[1-13]。
Adachi等[2]合成了锐钛矿纳米管, 并研究了其光催化活性; Quan等[6]报道了改性的锐钛矿纳米管, 具有良好的光电协同催化能力; Zhang等[7]制备了一种高度有序的锐钛矿纳米管阵列电极, 有效地提高了电极光电协同催化活性; Macak等[8]合成了金红石锐钛矿混合的纳米管, 大大提高了TiO2光催化降解有机物的性能。
TiO2的结构性能及应用
01
02
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在不方便清洁的建筑物玻璃、外墙或者汽车玻璃等方面 等上应用，将 TiO2超亲水薄膜应用到这些玻璃上，可 以有效发挥其防雾功能，减小人们的困扰。
5.1 TiO2材料制备方法
溶胶凝胶法 非水解溶解凝胶法 水热法
二 氧 化 钛 材 料 制 备 方 法
液相法
化学沉淀法
化学气相沉积法 气相法 物理气相沉积法: 磁控溅射、直流溅射法及过滤弧沉积等方法
-8-
3.4 TiO2超亲水性机理
◆现在研究表明，光致超亲水现象是 TiO2表面本身光诱发的另一种反应。其机 理如图5。
图5 TiO2薄膜光诱导超亲水机理
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4.2 TiO2材料光催化性的应用
01 02 03
抗菌除臭:光催化剂对大多数细菌都有抑制和灭 杀作用，如大肠杆菌等 降解有机物：分解废水中大量有机物，如染料、 烷烃、表面活性剂等。
◆ 最初认为，TiO2薄膜表现出超亲水性是因为薄膜表面吸附有机物分子的光 催化分解反应而产生。
◆有机物属于疏水性物质，TiO2薄膜本身的化学吸附是亲水性，而吸附空气 中的疏水性有机物表现出疏水性。然后，经过紫外光照射，表面的疏水性有 机物被分解，从而薄膜重新表现出超亲水性状态；停止照射后，薄膜又会继 续ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ附空气中的有机物而表现出疏水性状态。
TiO2的结构性能及应用
导 师：cc授 主 讲 人： cc
目 录
01
TiO2能带结构
TiO2晶体结构
02 03
TiO2光催化性及超亲水性
TiO2的应用
04
1.1 TiO2晶体结构
◆ 二氧化钛（化学式： TiO2 ）晶型有三种：板钛矿、锐钛矿、金红石
金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉有哪些不同
在工业生产中，比如说涂料、造纸以及塑料行业都会用到很多的白色颜料，这些行业也是钛白粉使用的前三大用户。
钛白粉又可以分为锐钛型钛白粉和金红石型钛白粉，这两者在外形上基本相似，很难判断，但是从物化性质上非常简单的一种办法就是高温，锐钛型钛白粉其实是没有熔沸点的，经过高温可以得到金红石型钛白粉……（锐钛型钛白粉及金红石型钛白粉-图例）【金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉的区别】金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉虽外观没有太大的区别，但是本质上的区别还是很大的，我们就从它们的物化性质说一下：TiO2属于一种n型半导体材料，金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉是钛白粉的两大重要种类，但是由于两者性质不同，从而也导致了它们各方面的差异，锐钛矿型和金红石型均属四方晶系，两种晶型都是由相互连接的TiO6八面体组成的，每个Ti原子都位于八面体的中心，且被6个O原子围绕。
下面来讲讲它们之间到底有什么区别。
1.金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉硬度不同按莫氏硬度十分制标度，金红石型二氧化钛为6～6.5，锐钛型二氧化钛为5.5～6.0，因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。
2.金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉内部结构晶体不同锐钛型钛白粉共有三种不同的晶体结构，即我们常说的金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉、板钛型钛白粉，三者晶体结构各不不同，其中金红石型钛白粉晶体结构最为稳定，而板钛型钛白粉则用途非常少，这主要是由于它内部结构晶体的不稳定，因此在自然界就没办法可以长期稳定的保存起来;3.金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉熔点和沸点不同由于锐钛型在高温下会转变成金红石型，因此锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。
只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点为(1830±15)℃、富氧中的熔点为1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。
金红石型二氧化钛的沸点为为(3200±300)℃，在此高温下二氧化钛稍有挥发性;4.金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉介电常数不同由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。
从钛酸盐制备介孔锐钛／金红石型双晶TiO2及其光催化性能
Ｒｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈｅ ｆ ｕ ｔ ｉ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｗａ ｓ ２ ２ ． ６％ ，ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｓ ｏ ｐｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｂ ｉ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｔｉ Ｏ２ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｇ ｕ ｓ ｓ ａ
Ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｅ ｓ ｏ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ａ ｎ ａ ｔ ａ ｓ ｅ ／ ｒ ｕ ｔ ｉ ｌ ｅ
Ｔｉ Ｏ２ ｆ ｒ ｏ ｍ ｐ ｏ ｔ ａ ｓ ｓ ｉ ｕｍ ｔ ｉ ｔ ａ ｎ ａ ｔ ｅ
微 米尺 寸形貌 更容 易回收再利 用， 具有潜在的工业应用价值 。
关 键 词 ：介 孔 Ｔ ｉ Ｏ ２ ； 锐钛 ； 金红石 ； 光催化 ； 稳 定性
中图分类号 ： ０ ６ ４ ３
文献标志码 ： Ａ
锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛的区分
1、（锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛）的区分1.1 方法利用X射线衍射仪得到X R D图谱进行分析1.2用到的仪器X射线衍射仪X射线产生原理：高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高1.2.1 X射线管的结构阴极：又称灯丝(钨丝)，通电加热后便能释放出热辐射电子。
阳极：又称靶，通常由纯金属制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag, W等)，使电子突然减速并发射X射线。
阳极需要水强制冷却。
窗口：是X射线射出的通道，维持管内高真空，对X射线吸收较少，如金属铍、含铍玻璃、薄云母片X射线管中心焦点在X射线衍射中，总希望有较小的焦点（提高分辨率）和较强的X射线强度（缩短爆光时间）。
一般采用在与靶面成一定角度的位置接受X射线，这样可以达到焦点缩小，X射线相应增强的目的。
1.2.2 X射线特点1.2.3理论基础：布拉格方程1.2.4具体方法用X射线衍射分析法中的粉末法来分析两种结构。
只有满足Br agg方程，才能产生衍射现象，因此用粉末法对测定的晶体样品，不改变λ,要连续改变θ。
：⏹用单色的X射线照射多晶体试样，利用晶体的不同取向来改变θ,以满足Bra gg方程。
试样要求：粉末，块状晶体。
⏹特点：试样容易获得，衍射花样反映晶体的全面信息。
粉末法：由于多晶体由无数取向无规的单晶组成，相当于单晶绕所有取向的轴转动，晶体内某等同晶面族{HKL}的倒易点，形成－相应倒易矢量ｇＨＫＬ为半径的倒易球。
一系列的倒易球与反射球相交，其交集是一系列园，则相应的衍射线束分布于以样品为中心、入射方向为轴、上述交线园为底的园锥面上。
1.2.5 两者结构分析晶胞结构的不同金红石型二氧化钛及锐钛型二氧化钛结晶类型均为正方结晶，前者为R型，后者为A型。
实验五锐钛矿型纳米TiO2光催化性能研究(讲义)
锐钛矿型纳米TiO2光催化性能研究一、实验目的半导体纳米微粒作为光催化剂降解各类有机污染物的研究引起了各国的重视。
所使用的半导体纳米微粒有TiO2、ZnO、CuS、Fe2O3、WO3、Na2W4O13、K3Ta3Si2O3、SrTiO3、Cu2O、MoS2、Ni/R64N66O17等，其中以TiO2无毒、价廉、稳定性好以及抗氧化能力强等优点而备受青睐。
TiO2光催化技术可完全降解空气和废水中有机污染物。
人们[1～3]曾对水中多种有机污染物的光催化分解进行了研究，结果表明光催化氧化法可将水中的烃类、卤代物、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物等完全氧化为CO2、H2O和无机酸根离子等无害物质。
本实验的目的主要是了解TiO2与其它几种氧化物的光催化活性的差异。
二、实验原理光催化现象是20世纪70年代Fijishima和Honda[4]等人研究水在二氧化钛电极上的光致分解时发现的。
从此揭开了全世界范围内对二氧化钛的研究热潮，1977年Frank和Bard等人发现二氧化钛可分解水中氰化物[5,6]，产生这一现象的原因在于,光照使半导体二氧化钛阳极产生了具有极高氧化还原能力的电子-空穴对。
在上述的光致半导体分解水的过程中，半导体仅作为一种媒介在反应前后是不变化的，但借助它却把光能转化成了化学反应的推动力。
在这种意义上，半导体与催化反应中催化剂起类似的作用。
随后的大量研究发现，不用外电路直接将沉积有金属铂的二氧化钛悬浮于水中，光照下它也能导致水的分解[7]。
光催化正是在这个概念和方法基础上发展起来的。
TiO2化学性质稳定、抗光腐蚀性强，特别是其光致空穴的氧化性极高，还原电位可达+2.53V，还可在水中形成还原电位比臭氧正的羟基自由基(·OH)。
同时光生电子也有很强的还原性(氧化还原电位为-0.52V),可以把氧分子还原成超氧负离子(Ｏ2-),水分子岐化为过氧化氢(H2O2)。
所以TiO2的光生电子-空穴具有很强的氧化-还原能力，非常适合于环境保护的催化应用[8,9]。
金红石型TiO_(2)中四种点缺陷态研究
原子与分子物理学报JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS第38卷第1期2021年2月Vol. 38 No. 1Feb. 2021金红石型Ti。
中四种点缺陷态研究朱海霞（盐城师范学院物理与电子工程学院，盐城224051）摘 要：利用第一性原理计算方法研究了金红石型TiO 2中四种缺陷的电子态.这四种缺陷包括氧空位 （O ’）、钛空位（Ti v ）、钛间隙（Ti s ）以及氧空位O ’与钛间隙态Ti s 共存态.氧空位的存在导致禁带内施主缺陷能级较浅，而深施主能级与Ti 间隙态有关.预测了氧空位更倾向于与钛间隙结合,主要通过钛间隙态的3d 电子部分转移到近邻近氧空位的部分形成O v -Ti s 对缺陷.具有O ’、Ti S 或O v -Ti s 缺陷的体系都出现 间隙态，促进体系出现红外吸收.关键词：金红石型TiO 2;点缺陷；电子性质；第一性计算中图分类号：O483文献标识码：ADOI ：10.19855/j.l000-0364.2021.016008Researches on four different point defects of rutile TiO 2ZHU Hai ・Xid(School of Physics and Electronic Engineering , Yancheng Teachers University , Yancheng 224051 , China)Abstract :The electronic states of four types of defects in rutile TiO are studied using the first principles calcula tions. The four types defects include oxygen vacancy ( O v) , titanium vacancy ( Ti v) , titanium interstitial(Ti s) , and the coexistence of O vand Tis ( O v- Ti s) - The existence of oxygen vacancy (v °) leads to a shallow donor defect level in the forbidden band , while a deep donor level is associated with the Ti interstitial (Ti $) - Itis predicted that an oxygen vacancy prefers to combine with a Ti $ to form a O v - Ti $ dimer by a partial 3d electronbeing transferred from the Ti $ to the neighboring O v - The system with defects of O v ,Ti $ orO ” 一 Ti $ appears gap 一 states ，which promotes the infrared absorption of the system.Key words : Rutile TiO ; Point defects ; Electronic structure ;First-principles calculations1引言TiO 2是一种重要工业材料，也是重要的半导体光催化材料-TiO 2有三种基本晶相：锐钛矿型、 板钛矿型和金红石型，而最受关注的是锐钛矿和金红石相-然而，对于光催化剂的应用，TiO 2最优化的带隙应为~2.0 ev ,才能实现大量可见光 吸收-但是实际上纯TiO 2带隙值约3- 0 ev 左右,这意味着纯TiO 2只能吸收紫外线辐射，即只吸收约4.0%的太阳能量，而在优化带隙值这一问题 上已有了大量的研究工作［1>2］-而众所周知，无论是TiO 2粉末形式还是薄膜形式，实际合成的TiO 2都具有高密度的结构缺陷，特别是在常规合成条件下产生的固有点缺陷•这些点缺陷可能会在电子带结构中引入额外的成分，对传输和光学行为产生实质性的影响［3］，其中一些在实际应用 中可能是有利的-这是全面研究TiO 2缺陷状态的 动机⑷-氧化钛最容易被发现的缺陷是氧空位（Ov ）,这可能导致各种物理后果-例如，锐钛矿型TiO 2 表面上的可以增强分子吸附，有利于表面化学处理⑸，有利于电荷转移到吸收的CO 2-晶格内的 O v 诱导载流子自陷态⑷-对于金红石型TiO 2，有报道称其单重态为反铁磁态，三重态为铁磁态,收稿日期：2020-06-06基金项目：国家自然科学基金（11704326）作者简介：朱海霞，女，博士，副教授，主要从事新能源材料电子结构和物性的研究.E-mail ： shyzhhx13@ 163. com第38卷原子与分子物理学报第1期外吸收光谱中的一些关键特征与也二者有关⑺.有研究表明，氧空位O v可以在能隙内产生浅缺陷态，从而抑制相邻Ti离子的局部磁态⑻.此外，还揭示了的钛是红外吸收数异常的•这些乎，一方面，TiO2纳了位以外的点，方面，这些不类型的点可能存在相互作用，了TiO2材料的电子结构的复杂性⑼.鉴于存在各种点缺，这种 可能是二氧化钛在电子结构和输运行为方面难以理解的原因之一⑹.然目在一些关于TiO2的研究68"12】，但主要是探讨氧空位缺陷对TiO2材料电子构的.此，面研究各种不TiO2的电子结构的是一件非常有的工作•为了化考虑，本文具有介电常数高、‘化能的金红石相TiO2为研究对象•主要详细研究了位(O v)，Ti位i (%)、Ti子(企)和。
锐钛矿二氧化钛的性质
关键词：TiO2，N掺杂，电子结构，DFT，光催化
Theoretical Study of N-doped TiO2
Abstract
Using density functional theory (DFT) calculation within the CASTEP code, we investigated the electronic structure and photocatalytic activity of N-doped anatase TiO2and rutileTiO2.We calculated four N-doped models: in Hollow site, substitutional lattice oxygen,substitutional lattice oxygen with oxygen vacancy on the surface, in Hollow site with oxygen vacancy on the surface.We discussed the crystal defects that N-doping resulted in,the changes of band structure,and the decreasing band gap.Our calculations showed that the effect between four N-doped models was different.By analysing the density of states and the band edge,we found that the band gap didn’t change much when N substituted lattice oxygen,however the band gap changed much,when N is in Hollow site and in Hollow site with oxygen vacancy on the surface.when N substituted lattice oxygenwith oxygen vacancy on the surface,the top of valence band and the bottom of conduction band appeared impurity band respectively,it made the band gap decreased the maximum,light activity appeared red shift, and the photocatalytic activity enhanced.
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锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能摘要：TiO2 是多相光催化研究中使用较多的一种材料。
其在自然界存有3种不同的晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿相。
锐钛矿相转变为金红石相的过程是扩散相变。
金红石是热力学稳定相, 锐钛矿是亚稳相, 并且从锐钛矿相到金红石相的相变是亚稳相到稳定相的不可逆相变。
而煅烧时间与煅烧温度会影响其晶型的转变。
在众多影响光催化性能的因素中，晶型是较为重要的一个因素。
关键字：锐钛矿、金红石、TiO2、相变、光催化光催化降解是一门新型的并正在迅速发展的科学技术。
研究表明，在适当的条件下，许多有机物污染物经光催化降解，可生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。
目前，在光催化降解领域所采用的光催化剂多为N型半导体材料, 如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3和CdS 等, 其中TiO2以其无毒、价廉、稳定和特殊的光、电性能等优点倍受人们青睐，成为最受重视的一种光催化剂[1]。
1.二氧化钛的结构近年来, TiO2纳米材料制备、表征及改性一直是光催化研究领域的重点。
同一种半导体可能具有不同的晶型，晶型的不同实际上就是组成物质的原子不同的空间构型有序的排布。
二氧化钛是白色粉末状多晶型化合物, 自然界有锐钛矿型, 金红石型和板钛型三种晶型结构, 但板钛型二氧化钛极不稳定且无实用价值[2]。
所以目前的研究一般都主要为金红石相及锐钛矿相。
TiO2晶体基本结构是钛氧八面体( TiO6)。
钛氧八面体连接形式不同而构成锐钛矿相、金红石相和板钛矿相。
锐钛矿型和金红石型均属于四方晶系，二者均可用相互连接的Ti06八面体表示，但八面体的畸变程度和连接方式各不不同。
板钛矿型属正交晶系，一般难以制备，目前研究很少。
如图1所示，金红石型（a）的八面体不规则，微显斜方晶；锐钛矿(b)呈明显的斜方晶畸变，对称性低于前者。
从图2[3]中可以看出锐钛矿TiO2的Ti-Ti键长比金红石大，而Ti-O键比金红石小。
TiO2晶体基本结构——钛氧八面体有两种连接方式。
如图3所示,分别为共边连接与共顶角连接。
从图4[4]中可以看到锐钛矿中每个八面体与周围8个八面体相联(四个共边，四个共顶角)。
金红石中的每个八面体与周围10个八面体相联(其中两个共边，八个共顶角)。
图1 金红石、锐钛矿和板钛矿的TiO6八面体结构图2 二氧化钛金红石相（a）和锐钛矿相（b）的晶胞结构图3 TiO6八面体的连接方式图4 TiO2三种晶相结构示意图2.二氧化钛晶型转变机制在金红石中，八面体公用两个棱，根据鲍利第三规则：在一配位结构中，配位多面体问倾向于不公用棱，特别是不公用面，可知它较稳定。
而配位八面体公用了三个棱的板钛矿和公用了四个棱的锐钛矿则在自然界中存在较少。
金红石是热力学稳定相, 锐钛矿是亚稳相, 从锐钛矿转变为金红石相是不可逆相变[5]。
当煅烧温度升高时，粒子表面由于其较高的表面能，金红石相在锐钛矿相的界面上成核。
一部分TiO2粉末从锐钛矿相转变成金红石相，然后逐步扩散到锐钛矿相的内部。
该转变过程相当缓慢，在短时间内不易达到平衡，而是在锐钛矿型的表面形成金红石薄膜的包覆结构。
转变时原子通过近距离扩散，从锐钛相转移到金红石相而使界面向金红石相推移。
两相之间的界面是一个很薄的过渡层。
在过渡层内，原子排列很不规则，而在金红石相与锐钛矿相中，原子均按一定的规则排列成晶体。
不规则区与规则区之间不是完整的晶面，因此不规则的原子可落在规则区域的节点上使规则区域长大，亦使金红石相长大。
同时，原子则不断由锐钛相进入过渡区，使锐钛相瓦解。
锐钛矿相向金红石相转变为扩散型转变。
在相变的过程中，锐钛矿相的氧（l12）假密堆积面保留成为金红石相的（100）密堆积面，而钛离子和氧离子进行相应的重排以适应这种构型的变化。
这种重排是以氧原子框架的最小扰动和钛氧键的最小断裂数量为原则的[6]。
从物理学的角度看，煅烧是锐钛矿型TiO2向金红石TiO2转变的条件。
在常温下，金红石及锐钛矿型TiO2中原子周围都存在一个势函数，约束原子在平衡位置附近做热运动，它们在Z轴方向上运动的势函数如图5所示，在高温下由于热振动能量的涨落。
当原子的能量超过时，处于锐钛矿型的原子A有一定的几率越过势垒Uz而跳到B处，成为金红石原子[7]。
影响晶型转变主要的两个因素是煅烧时间与煅烧温度。
如图6[7]所示，当煅烧温度达到900℃煅烧1.5h时，锐钛矿的百分含量明显下降，表明其在高于900℃的温度下才能逐渐转变为金红石相。
而由图7所示，900℃煅烧温度下，随着煅烧时间的推移，锐钛矿相逐渐减少，表明锐钛矿瓦解，转变为金红石相。
由于随着温度升高，原子的动能增加。
锐钛相中能量超过Uz 的原子更多，变为金红石相几率更大，更易向金红石转变；温度低时，原子动能低，锐钛相中能量超过Uz的原子就少，因而变为金红石相几率就少。
原子只有靠增长时间来增加向金红石相的转变几率。
图5 锐钛矿型及金红石型TiO2势函数图6 不同煅烧温度下煅烧1．5 h所得锐钛矿型TiO2的百分含量图7 900℃不同煅烧时间下TiO2粉末中锐钛矿百分含量值3.二氧化钛光催化原理TiO2有“白色颜料之王”的美誉，广泛用于涂料、塑料、化纤、造纸、光敏材料等行业；同时，TiO2在光照尤其是紫外光照射条件下具有很强的催化活性，利用TiO2的光催化性能降解有机污染物成为目前的研究热点[8]。
有关TiO2光催化机理，目前较为成熟的是基于半导体能带理论的电子－空穴作用机理。
作为一种ｎ型半导体材料，TiO2的能带是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，价带和导带之间存在一个区域为禁带，区域的大小通常称为禁带宽度(Ｅｇ）[9]。
各种半导体的能带结构差异很大，导致他们具有不同的氧化还原性能。
半导体的能带与其电荷迁移过程的概率和速度有紧密联系，一般而言，受体电势比半导体导带电势低(更正)，给体电势比半导体价带电势高(更负)，才能发生氧化还原反应。
光催化反应的发生要求催化剂和反应物种符合能带匹配原则。
同时半导体的禁带宽度对光催化活性也有很大的影响。
一方面，禁带宽度越窄则所需要的激发光能量则越小，换句话说就是能更好的利用太阳光中的可见光部分。
但另一方面，由于带隙较窄产生的光生空穴一电子的氧化还原能力就弱，不利于活性的提高[4]。
如图8所示，当受到波长小于某个临界值的光照射时，即光子能量高于禁带宽度时，价带中的电子会吸收光子能量而跃迁至导带，形成在导带中带负电的电子和价带中带正电的空穴，电子和空穴可自由移动，这种带电粒子的移动便产生了电流，即它们可作为载流子，使TiO2成为良好的半导体。
当电子/空穴迁移到TiO2颗粒表面时，与环境中的空气、水等接触和反应，生成羟基和过羟基自由基，这些自由基有很强的活性，可以氧化与TiO2颗粒接触的很多有机介质[10]。
图8 二氧化钛光催化原理示意图4.晶型对二氧化钛光催化的影响影响二氧化钛光催化降解的因素有很多，除了催化剂本身特性( 晶型、粒径、比表面积、表面羟基等) 和载体以外，还包括光源、光照时间、催化剂用量、有机物浓度、体系pH、反应温度等[11]。
而其中晶型是一个较为重要的因素。
锐钛矿表现出高的活性有以下几个原因：（1）锐钛矿的禁带宽度为3.2eV，金红石禁带宽度为3.0eV，锐钛矿较高的禁带宽度使其电子空穴对具有更正或更负的电位，因而具有较高氧化能力[10]；(2)锐钛矿表面吸附H2O、O2、及OH-的能力较强，导致其光催化活性较高，在光催化反应中表面吸附能力对催化活性有很大的影响，较强的吸附能力对其活性有利；(3)在结晶过程中锐钛矿晶粒通常具有较小的尺寸及较大的比表面，对光催化反应有利。
(4)锐钛矿相晶格内有较多的缺陷和位错网，从而产生了较多的氧空位来俘获电子，而金红石相是TiO2 最稳定的同素异构形式，具有较好的晶化态，存在较少的结构缺陷来俘获电子，加快了表面电子-空穴对复合速率，降低了其催化活性[10]。
但是，简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
在同等条件下无定型TiO2结晶成型时，金红石通常会形成大的晶粒以及较差的吸附性能，由此导致金红石的活性较低；如果在结晶时能保持与锐钛矿同样的晶粒尺寸及表面性质，金红石活性也较高。
由此可见，无论是锐钛矿还是金红石型TiO2，它们都可能具有较高的活性，而活性的高低则主要取决于晶粒的表面性质及尺寸大小等因素。
研究表明，由锐钛矿和金红石以适当比例组成的混晶通常比由单一晶体的活性高。
混合晶体表现出更高的活性是因为结晶过程中在锐钛矿表面形成薄的金红石层，通过金红石层能有效地提高锐钛矿晶型中电子-空穴分离效率(称为混晶效应)。
通过实验发现100％的锐钛矿与100％的金红石活性同样不高，而不同比例的二者混合体却表现出比纯的锐钛矿或金红石更高的活性，尤以30％金红石和70％锐钛矿组成的混合晶型活性最高，由此可见两种晶型的确具有一定的协同效应[12]。
混晶型二氧化钛可能形成了类似复合半导体，使光生空穴和电子发生有效分离, 减少复合几率，致使光催化活性进一步提高。
商业化的高活性光催化剂P25也是由二氧化钛的两种晶型混合组成，而不是纯的锐钛矿。
5.结束语半导体光催化是利用半导体材料通过有效吸收光能产生具有极强氧化能力和还原能力的光生空穴和电子，在催化剂表面发生直接或间接的氧化或还原反应。
半导体光催化引起科学界普遍兴趣的主要原因在于其对能源利用和环境净化问题的潜在价值。
二氧化钛作为目前研究与应用最广泛的一种光催化剂，研究其晶型转变对其光催化性能的影响具有重要意义。
参考文献：[1] 周卫，杜耘辰,王靖宇等. 高结晶度锐钛矿TiO2微球的制备及光催化性能.黑龙江大学自然科学学报, 2011. 28(6): 827-831.[2] 尤静林,蒋国昌,王桢枢等. TiO2晶型及其相变的高温拉曼光谱研究.光散射学报, 2004.16(2): 95-98.[3] 肖奇,邱冠周,胡岳华等. 纳米TiO2制备及其应用新进展.材料导报, 2000. 14(8): 35-37.[4] 朱建, 纳米晶二氧化钛的晶相、织构及光催化性能研究.上海:复旦大学, 2006.[5] 许可,吕德义,郇昌永等. 离子掺杂对纳米二氧化钛晶型转变的影响.材料科学与工程学报, 2005. 23(4): 629-632.[6] Shannon R D, P.J.A., Topotaxy in the anatase-rutile transformati. Am Mineralogist, 1964. 49:1707.[7] 唐小红,尹光福,郑昌琼等. 纳米TiO2晶型转化机制探讨.四川大学学报, 2010. 47(5):1091-1095.[8] 韦冰心,王亭杰,赵琳等. 二氧化钛颗粒表面的光催化反应过程.石油化工, 2012. 41(2):219-223.[9] 付文，王丽，黄军左. 可见光诱导TiO2光催化及其机理研究进展.材料导报, 2011. 25(18):54-58.[10] 孙秀果,张建民,李更辰等. TiO2纳米粉体的烧结行为及其性能的研究.电子元件与材料,2006. 25(2): 15-17.[11] 张强, 田雨. TiO2光催化性能影响因素的研究进展.应用化工, 2011. 40(11): 2022-2025.[12] 刘建军,何代平,蔡铎昌等. P-25 TiO2的结构相变和光催化活性.化学工业与工程, 2006.23(2): 106-109.。