มุมมอง: 0 ผู้แต่ง: ไซต์บรรณาธิการเผยแพร่เวลา: 2025-04-06 Origin: เว็บไซต์
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO 2) เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการศึกษากันอย่างแพร่หลายที่มีชื่อเสียงในด้านคุณสมบัติโฟโตคะตาไลติกที่ยอดเยี่ยม ในบรรดา polymorphs - anatase, rutile และ Brookite - Anatase tio 2 ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกที่เหนือกว่า การวางแนวด้านของผลึก Anatase Tio 2 มีบทบาทสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพของโฟโตคะตาไลติก โดยเฉพาะด้าน {1 1 1} ได้รับการเสนอเพื่อแสดง photoactivity ที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับแง่มุมอื่น ๆ เช่น {1 0 1} และ {0 0 1} บทความนี้นำเสนอความซับซ้อนของ {1 1 1} anatase tio 2การวิเคราะห์ลักษณะโครงสร้างวิธีการสังเคราะห์และประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติกเพื่อตรวจสอบว่ามันแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของ photoactivity หรือไม่
การทำความเข้าใจคุณสมบัติและการใช้งานของ Anatase TIO 2 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความก้าวหน้าในการแก้ไขสิ่งแวดล้อมการแปลงพลังงานและวิทยาศาสตร์วัสดุ สำหรับข้อมูลเชิงลึกโดยละเอียดเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ Anatase Tio คุณภาพสูง 2 ให้พิจารณาสำรวจ A1-Titanium Dioxide Anatase ซึ่งให้ข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับวัสดุที่หลากหลายนี้
ประสิทธิภาพของโฟโตคะตาไลติกของ TIO 2 นั้นเชื่อมโยงกับโครงสร้างผลึกและคุณสมบัติพื้นผิว แง่มุมของคริสตัลเปิดเผยการจัดเรียงอะตอมที่เฉพาะเจาะจงและพลังงานพื้นผิวที่มีอิทธิพลต่อการดูดซับของสารตั้งต้นการเปลี่ยนแปลงของผู้ให้บริการประจุและปฏิกิริยาโดยรวม ใน Anatase tio 2facet ที่มีความเสถียรที่สุดคือระนาบ {1 0 1} ซึ่งเป็นธรรมชาติที่ครอบงำโครงสร้างผลึก อย่างไรก็ตามแง่มุมพลังงานสูงเช่น {1 0 0} และ {1 1 1} เป็นเรื่องของการวิจัยที่กว้างขวางเนื่องจากศักยภาพในการเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก
พลังงานพื้นผิวเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่กำหนดปฏิกิริยาของแง่มุมของคริสตัล แง่มุมพลังงานสูงมีจำนวนพันธะที่ไม่อิ่มตัวและอะตอมที่ห้อยต่องแก่งมากขึ้นซึ่งทำหน้าที่เป็นสถานที่ที่ใช้งานได้สำหรับปฏิกิริยาทางเคมี ด้าน {1 1 1} ของ Anatase TIO 2 มีพลังงานพื้นผิวที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับ facet {1 0 1} ที่เสถียรกว่า พลังงานพื้นผิวที่เพิ่มขึ้นนี้สามารถเพิ่มการดูดซับของโมเลกุลของสารตั้งต้นและอำนวยความสะดวกกระบวนการถ่ายโอนประจุที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
การศึกษาที่ใช้การคำนวณทฤษฎีการทำงานของความหนาแน่น (DFT) แสดงให้เห็นว่า {1 1 1} ด้านแสดงความหนาแน่นของรัฐที่อยู่ใกล้กับระดับ Fermi สูงขึ้นซึ่งบ่งบอกถึงความพร้อมใช้งานของอิเล็กตรอนสำหรับปฏิกิริยาโฟโตคะตาไลติกมากขึ้น คุณลักษณะนี้สามารถปรับปรุงการแยกคู่อิเล็กตรอนที่มีการส่องแสงได้อย่างมีนัยสำคัญลดอัตราการรวมตัวกันอีกครั้งและเพิ่มโฟโตแอคทีฟโดยรวม
โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของ ANATASE TIO 2 facets มีผลต่อพฤติกรรมโฟโตคะตาไลติกของพวกเขา การศึกษาสเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนความละเอียดสูงได้เปิดเผยว่า facet {1 1 1} มี bandgap ที่แคบกว่าเมื่อเทียบกับแง่มุมอื่น ๆ ซึ่งสามารถอำนวยความสะดวกในการดูดซับแสงที่กว้างขึ้น สถานที่ให้บริการนี้เป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานโฟโตคะตาไลติกภายใต้การฉายรังสีแสงที่มองเห็นได้ทำให้ {1 1 1} TIO 2 ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์
การสังเคราะห์ anatase tio 2 กับ facets {1 1 1} เป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากการตั้งค่าทางอุณหพลศาสตร์สำหรับการก่อตัวของแง่มุมที่มั่นคงมากขึ้นเช่น {1 0 1} อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าในวิศวกรรมคริสตัลได้นำไปสู่การพัฒนาวิธีการเลือกที่จะเปิดเผยแง่มุมที่มีพลังงานสูง
การสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอลเป็นเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปในการผลิต 2 ผลึกนาโน TIO ที่กำหนดไว้อย่างดี โดยการจัดการพารามิเตอร์เช่นอุณหภูมิความดันค่า pH และการปรากฏตัวของตัวแทน capping นักวิจัยสามารถมีอิทธิพลต่ออัตราการเติบโตของแง่มุมคริสตัลที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นฟลูออไรด์ไอออนสามารถเลือกดูดซับลงในบางแง่มุมยับยั้งการเจริญเติบโตและส่งเสริมการแสดงออกของผู้อื่น
การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) ลงในตัวกลางปฏิกิริยาส่งผลให้การสัมผัสพิเศษของ {1 1 1} แง่มุม ไอออนฟลูออไรด์ผูกกับแง่มุม {1 0 1} และ {0 0 1} การยับยั้งการเจริญเติบโตของพวกเขาอย่างมีประสิทธิภาพและช่วยให้แง่มุมที่สูงกว่า {1 1 1} เพื่อพัฒนา วิธีนี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมในการผลิต 2 nanocrystal anatase tio ด้วยเปอร์เซ็นต์ที่สำคัญของการเปิดรับแสง {1 1 1}
นอกจากนี้ยังมีการใช้การสะสมไอสารเคมีเพื่อสังเคราะห์ {1 1 1} tio 2faceted โดยการควบคุมพารามิเตอร์การสะสมอย่างรอบคอบเช่นความเข้มข้นของสารตั้งต้นอุณหภูมิพื้นผิวและอัตราการไหลของก๊าซของพาหะเป็นไปได้ที่จะมีอิทธิพลต่อนิวเคลียสและกระบวนการเจริญเติบโตซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการก่อตัวของแง่มุมที่ต้องการ วิธี CVD นำเสนอข้อได้เปรียบในการผลิตผลึกที่มีความบริสุทธิ์สูงด้วยสัณฐานวิทยาที่ควบคุมได้
การประเมินกิจกรรม Photocatalytic ของ {1 1 1} anatase tio faceted faceted 2 เกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของมันกับของผลึกที่มีเพชรพลอยอื่น ๆ ภายใต้เงื่อนไขที่ได้มาตรฐาน ปฏิกิริยาโฟโตคะตาไลติกทั่วไปที่ใช้สำหรับการประเมินรวมถึงการเสื่อมสภาพของสีย้อมอินทรีย์การลดลงของไอออนโลหะหนักและการออกซิเดชั่นของสารประกอบอินทรีย์ระเหย
ในการศึกษาหนึ่งการศึกษาการย่อยสลายโฟโตคะตาไลติกของเมทิลีนบลูถูกตรวจสอบโดยใช้ {1 1 1}, {1 0 1} และ {0 0 1} faceted anatase 2tio tio {1 1 1} tio 2 แสดงประสิทธิภาพการย่อยสลายซึ่งสูงกว่าผลึก {1 0 1} 60% กิจกรรมที่ได้รับการปรับปรุงนั้นเกิดจากความสามารถในการดูดซับที่เพิ่มขึ้นและการแยกประจุที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในแง่มุม {1 1 1}
ในทำนองเดียวกันการสลายตัวของฟีนอลซึ่งเป็นสารมลพิษทางน้ำทั่วไปแสดงให้เห็นจลนพลศาสตร์ที่เร็วขึ้นด้วย {1 1 1} tio 2faceted ค่าคงที่อัตราสำหรับการย่อยสลายฟีนอลสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญซึ่งบ่งบอกถึงกระบวนการโฟโตคะตาไลติกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ผลลัพธ์เหล่านี้สนับสนุนสมมติฐานที่ว่า {1 1 1} faceted anatase tio 2 แสดง photoactivity ที่เหนือกว่า
การแยกน้ำโฟโตคะตาไลติกเพื่อผลิตไฮโดรเจนเป็นการประยุกต์ใช้ 2 วัสดุ TIO ที่มีแนวโน้ม การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่า {1 1 1} anatase tio faceted faceted 2 สามารถบรรลุอัตราการวิวัฒนาการของไฮโดรเจนที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับแง่มุมอื่น ๆ ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นนั้นเชื่อมโยงกับความสามารถของ Facet ในการอำนวยความสะดวกในการลดปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของการแยกน้ำเพื่อส่งเสริมการลดโปรตอนให้กับก๊าซไฮโดรเจน
การวัดเชิงปริมาณพบว่าอัตราการผลิตไฮโดรเจนที่ใช้ {1 1 1 1} TIO Faceed 2 เกือบเป็นสองเท่าของผลึก {1 0 1} ผลึกที่อยู่ภายใต้เงื่อนไขการทดลองที่เหมือนกัน การปรับปรุงที่สำคัญนี้เน้นย้ำถึงศักยภาพของ {1 1 1} แง่มุมในการใช้พลังงานทดแทน
กิจกรรม photocatalytic ที่เหนือกว่าของ {1 1 1} faceted anatase tio 2 สามารถนำมาประกอบกับกลไกที่เชื่อมต่อกันหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับเคมีพื้นผิวคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และคุณสมบัติโครงสร้าง
Photocatalysis ขึ้นอยู่กับการสร้างและการแยกคู่อิเล็กตรอนรูเมื่อดูดซับแสง ด้าน {1 1 1} ช่วยให้การแยกประจุมีประสิทธิภาพมากขึ้นเนื่องจากโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ซ้ำกัน สเปกโทรสโกปีโฟโตลูมิเนสเซนซ์ที่ได้รับการแก้ไขเวลาได้ระบุอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นสำหรับผู้ให้บริการประจุในแง่มุม {1 1 1} ลดอัตราการรวมตัวกันอีกครั้ง
นอกจากนี้การปรากฏตัวของข้อบกพร่องของพื้นผิวและตำแหน่งงานว่างออกซิเจนในแง่มุมพลังงานสูงสามารถทำหน้าที่เป็นไซต์ดักจับสำหรับผู้ให้บริการประจุซึ่งยืดเยื้อความพร้อมใช้งานของพวกเขาสำหรับปฏิกิริยาพื้นผิว คุณลักษณะนี้เป็นประโยชน์สำหรับการรักษากระบวนการโฟโตคะตาไลติกในระยะเวลานาน
การดูดซับของโมเลกุลของสารตั้งต้นลงบนพื้นผิวโฟโตคะตาไลต์เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการถ่ายโฟโตคาตาไลซิสที่มีประสิทธิภาพ แง่มุม {1 1 1} แสดงความหนาแน่นของไซต์ที่ใช้งานและอะตอมที่ไม่อิ่มตัวสูงกว่าซึ่งสามารถสร้างปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งขึ้นกับตัวดูดซับ การศึกษาการดูดซับพื้นผิวโดยใช้เทคนิคสเปกโทรสโกปีได้ยืนยันความสามารถในการดูดซับที่สูงขึ้นสำหรับมลพิษและตัวกลางใน {1 1 1} tio faceted tio2.
การดูดซับที่เพิ่มขึ้นนี้ไม่เพียง แต่อำนวยความสะดวกในการปฏิสัมพันธ์เริ่มต้นระหว่างโฟโตแคตาลัสและสารตั้งต้น แต่ยังช่วยเพิ่มโอกาสในการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ตามมาซึ่งนำไปสู่อัตราการย่อยสลายที่ดีขึ้นของมลพิษหรือผลผลิตที่สูงขึ้นในการใช้งานสังเคราะห์
คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของ {1 1 1} anatase tio ที่ทำจาก faceted 2 ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายซึ่งต้องการกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกขั้นสูง แอพพลิเคชั่นเหล่านี้ครอบคลุมสาขาสิ่งแวดล้อมพลังงานและการแพทย์โดยเน้นความเก่งกาจของวัสดุนี้
ความสามารถในการลดระดับมลพิษอินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ {1 1 1} TIO 2 ที่มีความเป็นตัวเลือกในอุดมคติสำหรับระบบการฟอกน้ำและอากาศ เครื่องปฏิกรณ์โฟโตคะตาไลติกที่ใช้วัสดุนี้สามารถบรรลุอัตราการทำให้บริสุทธิ์ที่สูงขึ้นการกำจัดสารปนเปื้อนอย่างมีประสิทธิภาพเช่นสีย้อมสารกำจัดศัตรูพืชและสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายจากแหล่งน้ำ
นอกจากนี้การออกซิเดชั่นโฟโตคะตาไลติกของไนโตรเจนออกไซด์ (ไม่มี x ) และซัลเฟอร์ออกไซด์ (ดังนั้น x ) ในชั้นบรรยากาศสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้ tio {1 1 1} tio ซึ่งมี 2ส่วนทำให้เกิดการริเริ่มการปรับปรุงคุณภาพอากาศ
ในแอปพลิเคชันพลังงานแสงอาทิตย์ {1 1 1} tio faceted 2 สามารถรวมเข้ากับเซลล์โฟโตอิเล็กโตรเคมีและเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ คุณสมบัติการถ่ายโอนประจุที่ดีขึ้นช่วยอำนวยความสะดวกในการขนส่งอิเล็กตรอนที่ดีขึ้นลดการสูญเสียพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์โดยรวม
ยิ่งไปกว่านั้นในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 2 โครงสร้างนาโนของ Anatase Tio ที่มีการเปิดเผย {1 1 1} ได้แสดงผลลัพธ์ที่มีแนวโน้มว่าเป็นวัสดุขั้วบวกที่ให้ความจุสูงและประสิทธิภาพการขี่จักรยานที่มั่นคงเนื่องจากเส้นทางการแพร่กระจายลิเธียมไอออนที่ดี
คุณสมบัติโฟโตคะตาไลติกของ {1 1 1 1} tio 2 สามารถใช้ faceted tio ในสาขาชีวการแพทย์สำหรับการเคลือบต้านเชื้อแบคทีเรียและการรักษามะเร็ง ภายใต้การฉายรังสีแสง TIO 2 สร้างสายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) ที่สามารถฆ่าแบคทีเรียหรือเซลล์มะเร็งได้ กิจกรรมที่ได้รับการปรับปรุงของ facet {1 1 1} เพิ่มประสิทธิภาพของการรักษาดังกล่าว
นอกจากนี้ 2ระบบการส่งมอบยาที่ใช้ TIO สามารถได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมโดยใช้คุณสมบัติพื้นผิวของแง่มุม {1 1 1} เพื่อให้ได้การส่งมอบเป้าหมายและการควบคุมการรักษา
แม้จะมีข้อได้เปรียบของ {1 1 1} anatase tio แต่ 2มีความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานจริง การปรับขนาดการผลิตในขณะที่ยังคงควบคุมการควบคุมด้านเพื่อให้มั่นใจว่ามีความเสถียรภายใต้เงื่อนไขการปฏิบัติงานและการจัดการกับข้อกังวลด้านต้นทุนเป็นพื้นที่สำคัญที่ต้องการความสนใจ
วิธีการสังเคราะห์ส่วนใหญ่สำหรับ {1 1 1} tio faceted 2 เป็นระดับห้องปฏิบัติการและอาจไม่สามารถถ่ายโอนได้โดยตรงไปยังการผลิตอุตสาหกรรม การพัฒนาวิธีที่ปรับขนาดได้ซึ่งมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเป็นสิ่งจำเป็น เทคนิคต่าง ๆ เช่นการสังเคราะห์การไหลอย่างต่อเนื่องและวิธีการไฮโดรเทอร์เทอร์มอลที่ช่วยไมโครเวฟได้รับการสำรวจเพื่อแก้ไขปัญหานี้
แง่มุมพลังงานสูงมีความเสถียรน้อยกว่าด้านพลังงานต่ำซึ่งสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาในระหว่างการดำเนินการ การฟื้นฟูพื้นผิวหรือการเปลี่ยนแปลงด้าน facet สามารถลดประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติกได้เมื่อเวลาผ่านไป กลยุทธ์ในการเพิ่มเสถียรภาพ ได้แก่ การใช้งานพื้นผิวการเคลือบป้องกันและการรวมตัวกันของสารเสถียรในระหว่างการสังเคราะห์
การใช้รีเอเจนต์ที่มีราคาแพงหรือกระบวนการที่ใช้พลังงานมากในการสังเคราะห์ tio {1 1 1} 2 สามารถเพิ่มต้นทุนการผลิตได้ การวิจัยมุ่งเน้นไปที่การใช้สารตั้งต้นที่ถูกกว่าสารรีไซเคิลตัวแทนและปรับสภาพปฏิกิริยาให้เหมาะสมเพื่อลดค่าใช้จ่ายโดยไม่ลดทอนคุณภาพ
เพื่อให้ตระหนักถึงศักยภาพของ {1 1 1} อย่างเต็มที่ในแง่มุมของ Anatase Tio 2การวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่ประเด็นสำคัญหลายประการ:
หลักฐานจากการศึกษาเชิงทฤษฎีและข้อมูลการทดลองสนับสนุนการยืนยันอย่างแข็งแกร่งว่า {1 1 1} anatase tio 2 แสดงให้เห็นถึง photoactivity ที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับแง่มุมอื่น ๆ คุณสมบัติพื้นผิวที่เป็นเอกลักษณ์การเปลี่ยนแปลงของผู้ให้บริการประจุที่เพิ่มขึ้นและความสามารถในการดูดซับที่เพิ่มขึ้นของ facet {1 1 1} มีส่วนช่วยให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ในขณะที่ความท้าทายมีอยู่ในการใช้งานจริงของเนื้อหานี้การวิจัยอย่างต่อเนื่องและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีกำลังปูทางสำหรับการรวมเข้ากับอุตสาหกรรมต่างๆ
สำหรับผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมที่กำลังมองหา Anatase Tio คุณภาพสูง2 วัสดุ A1-Titanium Dioxide Anatase นำเสนอผลิตภัณฑ์ที่ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติขั้นสูงที่กล่าวถึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่การแก้ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมไปจนถึงระบบพลังงาน
