Anata ở dạng Bravais tứ phương với các hình bát diện tiếp xúc ở cạnh với nhau và thường có màu nâu sẫm, đơi khi có thể có màu vàng hoặc xanh, có độ sáng bóng như tinh thể kim loại. Trong khi đó, rutin cũng có cấu trúc tinh thể ở dạng Bravais tứ phương với các hình bát diện tiếp xúc ở đỉnh. Rutin là pha tinh thể của TiO2 có độ xếp chặt cao nhất so với hai pha còn lại. Sự khác nhau về cấu trúc tinh thể ảnh hưởng đến mật độ khối và cấu trúc điện tử của 2 dạng tinh thể kéo theo sự khác nhau về tính chất vật lý và tính chất hố học. Bảng 1.3 nêu một số tính chất vật lý của TiO2 ở dạng anata và rutin.
Quá trình chuyển dạng thù hình của TiO2 từ vơ định hình → anata → rutin bị ảnh hưởng bởi điều kiện tổng hợp. Khoảng nhiệt độ và tốc độ chuyển pha phụ thuộc vào phương pháp điều chế TiO2, thời gian nung, thành phần và hàm lượng tạp chất chứa trong nó. Chẳng hạn, q trình điều chế TiO2 từ tiền chất etoxit làm xuất hiện
pha rutin ưu thế hơn, còn butoxit lại cho kết quả trội hơn là pha anata. Sử dụng isopropoxit chủ yếu sản xuất ra pha anata nhưng nếu nhiệt độ của quá trình xử lý mẫu tăng thì hàm lượng của pha rutin thu được sẽ tăng [18].
Bảng 1.3. Một số tính chất vật lý của TiO2 ở dạng anata và rutin
Tính chất Anata Rutin
Hệ tinh thể Tetragonal Tetragonal
Nhóm khơng gian I41/amd P42/mnm
Thơng số mạng a, b 3,78 Å 4,58 Å
Thông số mạng c 9,49 Å 2,95 Å
Khối lượng riêng 3,895 g/cm3 4,25 g/cm3
Độ khúc xạ 2,52 2,71 Độ cứng (thang Mox) 5,5-6,0 6,0-7,0
Hằng số điện mơi 31 114
Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ cao chuyển sang dạng rutin 1858 oC
1.3.1.2. Giản đồ miền năng lượng của anata và rutin
Hoạt tính quang xúc tác của TiO2 có thể được giải thích dựa vào cấu trúc vùng năng lượng (Hình 1.2) như sau: