وبلاگ

 

حلالیت در HF

دارد

ندارد

 

حلالیت در آب

ندارد

ندارد

 

سختی (ماوس)

۶-۵/۵

۵/۶-۶

 

 

فازهای آناتاز و روتایل از نظر کاربردی اهمیت بیشتری نسبت به فاز بروکیت دارند. فاز روتایل از فاز آناتاز
متراکم­تر و در تفرق نور تواناتر است [۲۶]. دینگ^[۱۱] و همکارانش نشان داده­اند که استحاله فازی آناتاز به روتایل در پودر نانوکریستال TiO₂ بدست آمده از روش سل-ژل، تحت تاثیر بسیاری از پارامترهای آماده ­سازی، نظیر ­
کاتالیست­­های هیدرولیز، درجه هیدرولیز، دمای اتاق در مرحله آماده ­سازی ژل^[۱۲]، افزودنی­های مورد مصرف و غیره می­باشد [۲۸،۲۷]. از لحاظ ترمودینامیکی روتایل در تمام دماها پایدار می­باشد در حالی­که آناتاز فاز ناپایدار بوده و با افزایش دما به روتایل تبدیل می­ شود. البته سرعت این تبدیل بستگی به شرایط حاکم بر واکنش دارد و با تغییر پارامترهای حاکم می­توان این استحاله را به تعویق انداخته و متوقف کرد و یا آن­ را تسریع نمود.
۲-۳-۳ خاصیت فتوکاتالیستی تیتانیا
همان­طور که از نام فتوکاتالیست برمی­آید فتوکاتالیست، نقش نور و کاتالیست را تواماً در تسریع یک واکنش شیمیایی نشان می­دهد. نقشی را که نور در تسریع واکنش دارد مانند نقش یک کاتالیست در یک واکنش ترمال است، با این تفاوت که در کاتالیست، ایجاد ترکیبات میانی مناسب باعث پیشرفت واکنش می­ شود در حالی که در فتوکاتالیست بر اثر تابش نور یک جفت الکترون- حفره ایجاد می­ شود که در واکنش شرکت می­ کنند و باعث تسریع واکنش می­شوند.
در فلزات، به­علت روی هم افتادن نوار هدایت و ظرفیت و عدم وجود ساختار نواری مجزا، نوار ممنوعه وجود ندارد و لذا مفهوم الکترون-حفره در آن­ها بی ­معنی است. همچنین در عایق­ها، با توجه به فاصله زیاد بین نوار ظرفیت و نوار هدایت، در دماهای معمولی عملا هیچ الکترونی قادر نیست انرژی، جهت گذار به نوار هدایت را کسب نماید. ولی در نیمه­هادی­ها به­علت ماهیت ساختار نواری آن­ها و دارا بودن ناحیه نوار ممنوعه (گاف انرژی) در حدود ev3-2، امکان گذار موفق الکترون نوار ظرفیت به نوار هدایت، پس از تابش فوتون فراهم است [۲۹].
از این­رو ایجاد الکترون- حفره در گستره­ی نور مرئی- فرابنفش به­راحتی امکان­ پذیر است. از این جهت اکثر
نیمه­هادی­ها خاصیت فتوکاتالیست دارند [۳۰].
تحقیقات اولیه انجام شده در زمینه فتوکاتالیستی دی­اکسید تیتانیوم به اوایل قرن بیستم باز می­گردد. دودو^[۱۳] و همکارانش خاصیت رنگ­بری تیتانیا را تحت تابش نور در خلا^[۱۴] و در حضور اکسیژن در ۱۹۳۸ گزارش کردند و متوجه شدند که در این واکنش نوری تیتانیا هیچ تغییری نمی­کند در سال ۱۹۵۶ماشیو و همکارانش مقاله خود را با عنوان “خود اکسیدکنندگی TiO₂ به عنوان یک فتوکاتالیست” منتشر کردند و از نمونه­های مختلف
دی­اکسید تیتانیوم با فاز آناتاز و روتایل استفاده کردند و متوجه شدند که دی­اکسید تیتانیوم با فاز آناتاز خاصیت اکسید­کنندگی بالاتری دارد. در دهه­ ۱۹۷۰ فوجی­شیما^[۱۵] و هوندا^[۱۶] به اثر فتوکاتالیستی الکترودهای دی­اکسید تیتانیوم TiO₂ در واکنش تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن پی بردند [۳۱]. از آن سال به بعد تحقیقات در مورد فتوکاتالیست­ها در راستای ارائه راه­کارهایی برای ایجاد منابع انرژی تجدید ناپذیر بسیار پیشرفت نمود .

۲-۴ اصول اولیه فرایند­های فتوکاتالیستی
هرگاه یک ذره فتوکاتالیست توسط فوتونی با انرژی بیش­تر از انرژی نوار ممنوعه خود تحریک شود، الکترون های نوار ظرفیت با جذب این فوتون برانگیخته شده و به نوار هدایت می­روند و لذا جدایش زوج الکترون– حفره در ذره رخ می­دهد. در برخورد مولکول­های اکسیژن هوا با سطح، الکترون­های آزاد به آن­ها منتقل شده و رادیکال فعال^[۱۷] O^2- ایجاد می­ شود. در این حالت سطح ماده بسیار فعال می­ شود به­ طوری که می ­تواند در برخورد با مولکول­های آب و جذب اتم هیدروژن، حفره را به آن منتقل کرده و رادیکال آزاد هیدروکسیل OH^- تولید کند. رادیکال­های شدیداً فعال تولید شده، در تماس با مواد و ترکیبات آلی، آن­ها را اکسید می­ کنند. روابط ۲-۱ تا ۲-۶ اصول واکنش­های فتوکاتالیستی را نشان می­دهد [۳۲].
برای مثال بیش­ترین نیمه­هادی که در تحقیقات مورد استفاده قرار می­گیرد اکسید تیتانیوم است که به­عنوان اکسید پایه و اکسیژن و آب به­عنوان واکنش­گرها مورد استفاده قرار می­گیرند.

 

(۲-۱)

TiO₂ + h TiO₂ (e^-_CB + h⁺_VB)

 

(۲-۲)

TiO₂ (e^-_CB + h⁺_VB) TiO₂ + heat

 

(۲-۳)

TiO₂ + H₂O_ads TiO₂ + H⁺ + OH^-

 

(۲-۴)

e^-_CB + O_ads O₂^-