Lĩnh vực bột màu
TiO2 có chiết suất cao vượt trội, tính trơ tốt và gần như trắng thuần khiết, tất cả những tính chất trên làm cho nó giống bột màu trắng lí tưởng nên đó được sử dụng rộng rãi làm bột màu trắng trong sơn, kem đánh răng, mực in, mỹ phẩm, thực phẩm…[4]
Tiền chất
Thiêu kết
Sol Gel hóa gel Già hóa Xerogel
Vật liệu rắn mang bản
Tác dụng diệt khuẩn, khử trùng, khử mùi
Quá trình quang xúc tác có thể phá hủy các vật liệu sinh học như vi khuẩn, nấm mốc, virus. Cơ chế diệt khuẩn này chủ yếu là do các lỗ trống quang sinh, electron quang sinh có trên bề mặt xúc tác có tác dụng phá hủy hoặc làm biến dạng thành tế bào, làm đứt chuỗi AND của các vật liệu sinh học kể trên làm cho chúng không hoạt động hoặc chết ngay tức khắc.
Xúc tác quang hóa không những tiêu diệt tế bào vi khuẩn mà còn phân hủy các tế bào đó. TiO2 được cho là diệt khuẩn hiệu quả hơn bất kì chất kháng khuẩn nào, phản ứng quang xúc tác hoạt động ngay cả khi có các tế bào bao phủ bề mặt và khi vi khuẩn đang nhân đôi tích cực. Độc tố cuối cùng sinh ra khi tế bào chết cũng bị phân hủy bởi hoạt động của quang xúc tác.
Ngoài ra TiO2 có khả năng chống khuẩn lâu dài, việc sử dụng TiO2 chống khuẩn mạnh gấp 3 lần chlorin và 1,5 lần Ozon
Trong ứng dụng khử mùi các gốc hydroxyl thúc đẩy nhanh quá trình phá vỡ của các hợp chất hữu cơ không bền bằng cách phá hủy các liên kết trong phân tử. Điều này giúp kết hợp các khí hữu cơ để tạo thành các đơn phân tử mà không gây hại cho con người làm tăng hiệu quả làm sạch cho không khí. Máy làm sạch không khí có thể ngăn khói thuốc và chất bẩn, phấn hoa, vi khuẩn, vi rút và các khí độc…với sự trợ giúp của quang xúc tác.[11]
Tác dụng chống bám, tự làm sạch của TiO2
Vật liệu TiO2 có khả năng tự làm sạch bằng cách tích điện, siêu oxi hóa và thấm nước, do tính chất này người ta dùng chế tạo sơn quang xúc tác. Sơn này là một dạng chất lỏng chứa vô số tinh thể TiO2 có kích thước từ 8nm ÷ 25 nm. Do tinh thể không lắng đọng trong chất lỏng, nó treo lơ lửng nên còn được gọi là sơn huyền phù TiO2, khi được phun lên kính, tường…, sơn sẽ tạo ra một lớp màng mỏng trong suốt bám chắc vào bề mặt. Sau khi các vật liệu được đưa vào sử dụng, dưới tác dụng của tia cực tím trong ánh sáng mặt trời, oxy và hơi nước trong không khí, TiO2 hoạt động như một chất xúc tác để phân hủy bụi, rêu mốc, khí thải độc hại…thành nước và CO2
Xử lý các chất ô nhiễm làm sạch môi trường
Quá trình quang xúc tác của TiO2 có khả năng xử lý các haloalkan như cloroform và các tetraclorometan, là những chất thường có một lượng nhỏ trong nước uống khi dùng clor để khử trùng. Những chất này có khả năng gây ra bệnh ung thư… do đó sau khi xử lí nước bằng clor ta nên cho qua xử lí bàng quang xúc tác TiO2 . Đối với các chất hữu cơ nói chung, TiO2 có khả năng xử lí thành các chất vô cơ ít độc hại với môi trường như nước và CO2
Ngoài ra, nước thải từ các nhà máy công nghiệp chứa phần lớn các chất hữu cơ như benzen, ceton, phenon, thuốc trừ sâu, các loại thuốc nhuộm…dưới tác dụng quang xúc tác của TiO2 có thể phân hủy thành các chất vô cơ đơn giản không độc hoặc ít gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người hơn như nước, cacbondioxit, acid vô cơ…nên TiO2 cũng có tác dụng trong xử lí nước thải làm sạch môi trường
Với các chất vô cơ độc hại như ion nitric, sunfit, cianur thì dưới tác dụng của ánh sáng kích thích thì TiO2 có khả năng xử lí biến đổi thành các chất ít độc hại hơn như NO3-, N2, CO2….
Quang xúc tác kết hợp với ánh sáng UV không những có thể oxy hóa các chất bẩn hữu cơ, vô cơ mà còn có khả năng diệt khuẩn. Kỹ thuật này rất hiệu quả để loại bỏ các hợp chất hữu cơ nguy hiểm, một số loại vi khuẩn và vài loại virus trong nước thải xử lí lần hai.
Linh kiện điện tử
Với hằng số điện môi cao, trong suốt, chiết suất cao (chỉ thua kém kim cương) nano TiO2 có nhiều ứng dụng độc đáo trong lĩnh vực quang điện tử, quang tử (photonics) và điện tử học spin (spintronics). TiO2 được sử dụng như một cổng cách điện trong transistor trường; làm detector đo bức xạ hạt nhân; các cửa sổ đổi màu theo sự điều khiển của điện trường hoặc sử dụng làm các lớp chống phản xạ giúp tăng cường hiệu suất của khuyếch đại quang bán dẫn. TiO2 phù hợp cho việc chế tạo các linh kiện trong thông tin quang hoặc các cửa sổ quang học với các tổn hao nhỏ.
Pin mặt trời quang điện hoá (PQĐH)
Đây là một loại dụng cụ điện tử có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện. Khác với loại pin đã biết chế tạo từ vật liệu silic đắt
tiền với công nghệ phức tạp, PQĐH hoạt động theo nguyên lý hoàn toàn khác, trong đó các hạt nano tinh thể TiO2 được sử dụng để chế tạo màng điện cực phát. Cấu trúc xốp và thời gian sống của hạt tải cao tạo ra ưu điểm nổi bật của nano TiO2 trong việc chế tạo PQĐH. Điểm đặc biệt là cấu tạo của PQĐH đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp, dễ phổ cập rộng rãi và đang được coi như là lời giải cho bài toán an ninh năng lượng của loài người. Hiện nay, PQĐH đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời lên đến 11%.
Tóm tắt chương 1.
Trong chương này, các tính chất cơ bản của vật liệu TiO2 nói chung và TiO2 cấu trúc nano đã được trình bày. Một số phương pháp thường dùng để chế tạo TiO2 cũng đã được đề cập, thảo luận. Các ứng dụng của vật liệu nano TiO2 đã được giới thiệu, đặc biệt là ứng dụng trong chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao. Chi tiết của ứng dụng này sẽ được trình bày ở chương 2
CHƯƠNG 2
ỨNG DỤNG HẠT NANO TIO2 TRONG CHẾ TẠO PIN MẶT TRỜI
Trong chương trước, chúng ta đã khảo sát các tính chất quan trọng của các tinh thể TiO2 kích thước nanomet và các phương pháp chế tạo vật liệu này. Đồng thời, khả năng ứng dụng của chúng trong công nghệ cũng đã được thảo luận. Chương này sẽ trình bày chi tiết hơn về khả năng ứng dụng của các hạt nano TiO2 trong chế tạo pin mặt trời – một hướng ứng dụng đang rất được quan tâm nghiên cứu trên thế giới và trong nước.