I.2.2.1. Tính chất vật lí
Các tính chất vật lí của TiO2 được trình bàyở bảng I.5.
Bảng I.6. Một số tính chất vật lí của TiO2 dạng Anatase và Rutile
TT Tính chất vật lí Anatas Rutil
1 Cấu trúc tinh thể Tứ phương Tứ phương
2 Tonc (oC) 1800 1850
3 Khối lượng riêng (g/cm3) 3,84 4,20
4 Độ cứng Mohs 5,5-6,0 6,0-7 , 0
7 Nhiệt dung riêng (Cal/mol. oC) 12,96 13 , 2 8 Mức năng l ượng vùng cấm (eV) 3,25 3 , 05
I.2.2.2. Tính chất hóa học
TiO2 ở dạng có kích thước micromet rất bền về hóa học, không tan trong các axit. Tuy nhiên, khi đưa TiO2 về dạng kích thước nanomet, TiO2 có thể tham gia một số phản ứng với axit và kiềm mạnh. Các dạng oxit, hydroxit và các hợp chất của Ti (IV) đều có tính lưỡng tính.
a. Tính xúc tác quang của nano TiO2
Dưới tác dụng của một photon có năng lượng ≈ 3,2eV tương ứng với ánh sáng có bước sóng khoảng 387,5 nm (dải bước sóng UV-A) sẽ xảy ra quá trình như sau:
TiO2 e-cb + h+vb
Khi các lỗ trống quang sinh mang điện tích dương (h+VB) xuất hiện trên vùng hóa trị, chúng sẽ di chuyển ra bề mặt của hạt xúc tác. Trong môi trường nước xảy ra phản ứng tạo gốc hydroxyl OH* trên bề mặt hạt xúc tác như phản ứng dưới đây:
h+vb + H2O → OH* + H+ h+vb + OH- → OH* (*)
Ion OH- lại có thể tác dụng với h+vb trên vùng hóa trị tạo ra thêm gốc OH* theo phương trình (*). Mặt khác, các e-cb có xu hướng tái kết hợp với các h+vb kèm theo giải phóng nhiệt hoặc ánh sáng: e-cb + h+vb → nhiệt, ánh sáng.
Do đó cơ chế phản ứng oxi hóa trên titan đioxit được đề xuất diễn ra như sau [49]
Hình I.11. Các quá trình diễn ra trong hạt bán dẫn khi hấp thụ photon.
2: Sự tái hợp electron và lỗ trống trong khối. 3: Sự tái hợp electron và lỗ trống trên bề mặt. 4: Sự di chuyển electron trong khối.
5: Electron di chuyển tới bề mặt và tương tác với chất nhận (acceptor). 6: Lỗ trống di chuyển tới bề mặt và tương tác với chất cho ( donor ).