6. Cấu trúc luận văn
1.3.2. Sự chuyển dạng thù hình củaTiO2
Quá trình thủy phân các muối vô cơ đều tạo ra tiền chất titan đioxit amorphous (vô định hình), hoặc ở dạng anatase. Động học của quá trình chuyển pha từ anatase sang rutile là một quá trình phức tạp, nó phụ thuộc chủ yếu vào thời gian và nhiệt độ nung. Quá trình chuyển pha từ anatase sang rutile theo G.Smirniotis [12] bắt đầu ở nhiệt độ trên khoảng 600 oC, qua ba giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Hình thành hạt ở bề mặt tiếp xúc: trong giai đoạn này các hạt rutile bắt đầu hình thành giữa bề mặt tiếp xúc của hai hạt nano tinh thể anatase.
- Giai đoạn 2: Phát triển hạt khi có sự tiếp xúc giữa hai hạt anatase và có sự hình thành rutile giữa bề mặt tiếp xúc của hai hạt, tinh thể nano của rutile bắt đầu phát triển lên theo thời gian.
- Giai đoạn 3: Hình thành tinh thể nano của rutile: giai đoạn này xảy ra đồng thời với giai đoạn B, quá trình này kết thúc khi tạo thành một hạt tinh thể nano đồng nhất từ hai hạt anatase.
Khi quá trình này diễn ra trong thời gian kéo dài thì giai đoạn tạo mầm và phát triển mầm tinh thể rutile xảy ra hoàn toàn hơn, quá trình chuyển pha xảy ra nhanh hơn, đồng thời kích cỡ hạt hình thành lớn hơn [12].
Quá trình chuyển dạng thù hình TiO2: vô định hình → anatase → rutile bị ảnh hưởng bởi các điều kiện tổng hợp. Ví dụ, chất xúc tác titan đioxit với tỉ lệ anatase/rutile khác nhau được tạo ra bằng cách thay đổi loại ancoxide sử dụng.
Quá trình điều chế dựa trên etoxide làm xuất hiện pha rutile ưu thế hơn, trong khi butoxide lại cho kết quả trội hơn là pha anatase. Sử dụng titan isopropoxide chủ yếu sản xuất ra pha anatase nhưng nếu nhiệt độ của quá trình kết tủa được tăng lên, thì hàm lượng pha rutile thu được sẽ tăng [9].
Theo các tác giả công trình [19], ở các nhiệt độ dưới 600 oC, cấu trúc pha của bột nung chủ yếu ở dạng anatase. Sự chuyển pha từ anatase sang rutile xuất hiện ở khoảng 600 oC và hoàn thành ở khoảng 800 oC, trong khi theo một số công trình khác, dạng rutile lại xuất hiện sớm hơn ở khoảng 545 – 550 oC.
Theo một số tác giả [14] thì năng lượng hoạt hóa của quá trình chuyển anatase thành rutile phụ thuộc vào kích thước hạt của anatase, khi kích thước càng bé thì năng lượng hoạt hóa cần thiết để chuyển anatase thành rutile càng bé.