टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TIO 2) अपने असाधारण ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुणों के कारण एक व्यापक रूप से अध्ययन और औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण यौगिक है। यह कई पॉलीमॉर्फिक रूपों में मौजूद है, जिसमें एनाटेज और रुटाइल सबसे प्रमुख हैं। इन बहुरूपियों के बीच अंतर और संबंधों को समझना फोटोवोल्टिक से लेकर फोटोकैटलिसिस तक के अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। यह लेख प्रश्न में देरी करता है: क्या एनाटेस एक रूटाइल है? इन दो रूपों के बीच संरचनात्मक, इलेक्ट्रॉनिक और कार्यात्मक भेदों की खोज करके, हम उनकी अनूठी विशेषताओं का एक व्यापक विश्लेषण प्रदान करना चाहते हैं। Anatase की गहरी समझ के लिए, आप संदर्भित कर सकते हैं टाइटेनियम डाइऑक्साइड एनाटेज.
एनाटेज और रुटाइल की क्रिस्टल संरचनाएं मौलिक रूप से अलग हैं, जो अलग -अलग भौतिक और रासायनिक गुणों के लिए अग्रणी हैं। रुटाइल में एक टेट्रागोनल संरचना है जिसमें प्रत्येक टाइटेनियम परमाणु द्वारा छह ऑक्सीजन परमाणुओं के लिए समन्वित रूप से समन्वित किया जाता है। ऑक्टाहेड्रा सी-एक्सिस के साथ किनारों को साझा करते हैं, एक घने और स्थिर नेटवर्क बनाते हैं। इसके विपरीत, एनाटेस में एक टेट्रागोनल संरचना भी है लेकिन एक अलग व्यवस्था के साथ। टाइटेनियम परमाणु एक विकृत ऑक्टाहेड्रल समन्वय में हैं, और ऑक्टाहेड्रा किनारों के बजाय कोनों को साझा करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप रुटाइल की तुलना में कम घनी पैकिंग होती है।
ये संरचनात्मक अंतर जाली मापदंडों और सेल संस्करणों में भिन्नता में योगदान करते हैं। उदाहरण के लिए, Anatase में A = 3.7845 Å और C = 9.5143 Å के जाली स्थिरांक हैं, जबकि रुटाइल में A = 4.5936 Å और C = 2.9587 Å है। एनाटेज में बड़ा सी-अक्ष इसकी लम्बी संरचना को दर्शाता है, जो बैंड गैप और सतह ऊर्जा जैसे गुणों को प्रभावित करता है।
एनाटेज और रूटाइल के बीच महत्वपूर्ण अंतर उनके इलेक्ट्रॉनिक गुणों में निहित है, विशेष रूप से बैंड गैप ऊर्जा। एनाटेस में लगभग 3.2 ईवी का एक व्यापक बैंड गैप है, जबकि रुटाइल का बैंड गैप लगभग 3.0 ईवी है। यह अंतर उनके क्रिस्टल संरचनाओं में भिन्नता से उत्पन्न होता है, जो इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचनाओं को प्रभावित करता है।
एनाटेज में व्यापक बैंड गैप इसे पराबैंगनी प्रकाश अवशोषण के लिए अधिक प्रभावी बनाता है, जो फोटोकैटलिसिस और डाई-संवेदी सौर कोशिकाओं जैसे अनुप्रयोगों में फायदेमंद है। इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन भी चार्ज वाहक की गतिशीलता को प्रभावित करता है, एनाटेज के साथ आमतौर पर उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और रूटाइल की तुलना में लंबे समय तक पुनर्संयोजन समय दिखाई देता है। ये गुण फोटोकैटलिटिक प्रतिक्रियाओं की दक्षता बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण हैं।
एनाटेस मेटास्टेबल है और हीटिंग पर रूटाइल चरण में बदल सकता है। यह चरण परिवर्तन औद्योगिक प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण विचार है, क्योंकि यह टाइटेनियम डाइऑक्साइड-आधारित सामग्रियों के थर्मल स्थिरता और प्रदर्शन को प्रभावित करता है। परिवर्तन आमतौर पर 600 ° C और 800 ° C के बीच होता है, जो कण आकार, अशुद्धियों और पर्यावरणीय स्थितियों जैसे कारकों पर निर्भर करता है।
छोटे एनाटेज कण उनकी उच्च सतह ऊर्जा के कारण कम तापमान पर बदल जाते हैं। कुछ डोपेंट या अशुद्धियों के अलावा या तो इस परिवर्तन को बढ़ावा दे सकता है या बाधित कर सकता है। इस चरण परिवर्तन के कैनेटीक्स और तंत्र को समझना 2 विभिन्न अनुप्रयोगों में टीआईओ के गुणों को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है।
एनाटेज और रुटाइल की सतह के गुण विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उनकी प्रतिक्रियाशीलता और उपयुक्तता को काफी प्रभावित करते हैं। Anatase आमतौर पर इसकी सतह ऊर्जा और इलेक्ट्रॉनिक संरचना के कारण उच्च फोटोकैटलिटिक गतिविधि को प्रदर्शित करता है। एनाटेज नैनोकणों की उच्च सतह क्षेत्र रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए सक्रिय साइटों की उपलब्धता को बढ़ाता है।
रुटाइल, जबकि कम सक्रिय फोटोकैटलिटिक रूप से, हल्के विकिरण और उच्च तापमान पर अधिक स्थिर है। यह स्थिरता उन अनुप्रयोगों के लिए बेहतर बनाती है जहां स्थायित्व महत्वपूर्ण है, जैसे कि पिगमेंट और कोटिंग्स में। सतह के संशोधन, जैसे कि धातुओं या गैर-धातुओं के साथ डोपिंग, दोनों बहुरूपियों के गुणों को बढ़ा सकते हैं, उन्हें विशिष्ट औद्योगिक उपयोगों के लिए सिलाई कर सकते हैं।
Anatase और rutile के अनूठे गुण विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उनकी उपयुक्तता को निर्धारित करते हैं। Anatase की बेहतर फोटोकैटलिटिक गतिविधि इसे पर्यावरणीय शोधन प्रक्रियाओं के लिए आदर्श बनाती है, जैसे कि पानी और हवा में कार्बनिक प्रदूषकों को अपमानित करना। यूवी प्रकाश के तहत इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े उत्पन्न करने की इसकी क्षमता हानिकारक पदार्थों के टूटने को सक्षम करती है।
रुटाइल का उच्च अपवर्तक सूचकांक और दृश्यमान प्रकाश के लिए अपारदर्शिता इसे एक उत्कृष्ट वर्णक बनाती है। यह सफेदी और अस्पष्टता प्रदान करने के लिए पेंट, प्लास्टिक और कागज में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, कठोर परिस्थितियों में दीर्घकालिक धीरज की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में रुटाइल की स्थिरता फायदेमंद है।
सामग्री विज्ञान में प्रगति ने मिश्रित-चरण टीआईओ सामग्री के विकास को जन्म दिया है 2 जो एनाटेज और रूटाइल दोनों के लाभों का लाभ उठाते हैं। ये कंपोजिट सौर ऊर्जा रूपांतरण और पर्यावरणीय उपचार में नए रास्ते खोलते हुए, बढ़ाया फोटोकैटलिटिक दक्षता और स्थिरता का प्रदर्शन कर सकते हैं।
एनाटेज और रूटाइल के संश्लेषण को विभिन्न रासायनिक और भौतिक तरीकों के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है। सोल-जेल प्रसंस्करण, हाइड्रोथर्मल संश्लेषण और रासायनिक वाष्प जमाव जैसी तकनीकें टीआईओ 2 कणों के चरण, आकार और आकारिकी पर सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति देती हैं।
एनाटेज या रूटाइल के गठन को प्रभावित करने वाले कारकों में तापमान, दबाव, पीएच और उत्प्रेरक या डोपेंट की उपस्थिति शामिल है। इन मापदंडों को समायोजित करके, विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं के लिए भौतिक गुणों को दर्जी करना संभव है। उदाहरण के लिए, कम तापमान और अम्लीय स्थिति आम तौर पर एनाटेज के गठन का पक्ष लेते हैं।
एनाटेस की फोटोकैटलिटिक प्रॉवेस यूवी प्रकाश को अवशोषित करने और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों को उत्पन्न करने की क्षमता से उपजी है। इस सुविधा का स्व-सफाई सतहों, रोगाणुरोधी कोटिंग्स और हाइड्रोजन उत्पादन के लिए पानी के विभाजन में शोषण किया जाता है। एनाटेज के उच्च चालन बैंड किनारे ऑक्सीजन की कमी की सुविधा प्रदान करता है, जिससे इसकी फोटोकैटलिटिक दक्षता बढ़ जाती है।
नाइट्रोजन जैसे गैर-धातु तत्वों के साथ डोपिंग एनाटेज में अनुसंधान ने दृश्यमान स्पेक्ट्रम में अपने प्रकाश अवशोषण को बढ़ाने में वादा दिखाया है। इस संशोधन का उद्देश्य सूर्य के प्रकाश के तहत फोटोकैटलिटिक प्रक्रियाओं की दक्षता में सुधार करना है, जिससे यह बड़े पैमाने पर पर्यावरणीय अनुप्रयोगों के लिए अधिक व्यावहारिक है।
एक वर्णक के रूप में रुटाइल की भूमिका इसके उच्च अपवर्तक सूचकांक द्वारा रेखांकित की जाती है, जो हीरे को पार करती है। यह संपत्ति पेंट, कोटिंग्स और प्लास्टिक में उपयोग किए जाने पर असाधारण चमक और अपारदर्शिता प्रदान करती है। रुटाइल की स्थिरता यह सुनिश्चित करती है कि ये सामग्रियां समय के साथ अपने रंग और अखंडता को बनाए रखती हैं, यहां तक कि प्रकाश और गर्मी के संपर्क में।
रूटाइल कणों के सतह उपचार में प्रगति ने विभिन्न मीडिया के साथ उनकी फैलाव और संगतता में सुधार किया है। एल्यूमीनियम या सिलिकॉन यौगिकों के साथ कोटिंग्स फोटोकैमिकल गतिविधि को कम करते हैं, माध्यम के क्षरण को रोकते हैं और उत्पाद की दीर्घायु को बढ़ाते हैं।
एनाटेज और रुटाइल के बीच संबंधों को संक्षेप में, यह स्पष्ट है कि जब वे टाइटेनियम डाइऑक्साइड के दोनों बहुरूपता हैं, तो वे समान नहीं हैं। Anatase एक रूटाइल नहीं है, बल्कि अद्वितीय गुणों और अनुप्रयोगों के साथ एक अलग चरण है। TIO की कार्यक्षमता को प्रभावित करते हुए, सामग्री विज्ञान में Anatase का रूपांतरण एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है।2 विभिन्न अनुप्रयोगों में
क्रिस्टल संरचना, इलेक्ट्रॉनिक गुणों और प्रतिक्रियाशीलता में अंतर को समझना TIO के उपयुक्त रूप का चयन करने के लिए आवश्यक है । 2 किसी दिए गए एप्लिकेशन के लिए क्या लक्ष्य फोटोकैटलिटिक गतिविधि का अनुकूलन करना है या पिगमेंट में स्थिरता सुनिश्चित करना है, यह पहचानते हुए कि एनाटेज और रूटाइल विभिन्न उद्देश्यों की सेवा करते हैं, मौलिक है।
टाइटेनियम डाइऑक्साइड पॉलीमॉर्फ्स में चल रहे शोध में नई संभावनाओं का अनावरण करना जारी है। नियंत्रित कंपोजिट में एनाटेस और रुटाइल को मिलाकर, सहक्रियात्मक प्रभाव पैदा कर सकता है, जो प्रत्येक चरण को व्यक्तिगत रूप से प्राप्त कर सकता है, उससे परे फोटोकैटलिटिक दक्षता को बढ़ा सकता है। इसके अतिरिक्त, ब्रोकाइट जैसे अन्य बहुरूपियों की खोज जटिलता और अवसर की एक और परत जोड़ती है।
नैनो टेक्नोलॉजी इस उन्नति में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। टीआईओ में हेरफेर करने की क्षमता बैंड गैप, सतह क्षेत्र और छिद्र जैसे गुणों के ठीक-ट्यूनिंग के लिए अनुमति देती है। 2 नैनोस्केल में इन नवाचारों में ऊर्जा, पर्यावरण विज्ञान और सामग्री इंजीनियरिंग में अनुप्रयोगों में क्रांति लाने की क्षमता है।
एनाटेज और रूटाइल टाइटेनियम डाइऑक्साइड के अलग -अलग पॉलीमॉर्फ हैं, जिनमें से प्रत्येक अद्वितीय संरचनाओं और गुणों के साथ हैं जो उन्हें विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाते हैं। जबकि एनाटेज एक रूटाइल नहीं है, उनके संबंधों को समझना, विशेष रूप से एनाटेज से रुटाइल तक चरण परिवर्तन, भौतिक विज्ञान में महत्वपूर्ण है। Anatase और rutile के बीच की पसंद आवेदन की विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करती है, चाहे वह Anatase की उच्च फोटोकैटलिटिक गतिविधि हो या रूटाइल की स्थिरता और रंजक गुण। Anatase पर आगे पढ़ने के लिए, खोज पर विचार करें टाइटेनियम डाइऑक्साइड एनाटेज.
