Titaniumdioxide TiO2 là một loại vật liệu rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Chúng được sử dụng nhiều trong việc pha chế tạo màu sơn, màu men, mỹ phẩm và cả trong thực phẩm.
TiO2 tồn tại dưới 3 dạng tinh thể là: rutile, anatase và brookite. TiO2 là vật liệu có tỷ trọng cao và được bán trên thị trường. Hợp chất này có chiết suất cao vượt trội, tính trơ tốt và gần như không màu.
Cấu trúc của rutile xếp chặt khít hơn tinh thể anatase. Tinh thể titaniumdioxide- TiO2 có nhiều dạng thù hình trong đó có 2 dạng thù hình chính là:
Hình 1.9. Cấu trúc tinh thể của TiO2dạng anatase.
Hình 1.10. Cấu trúc tinh thể của TiO2dạng rutile.
Tuy nhiên trong tinh thể anatase các đa diện phối trí 8 mặt bị biến dạng mạnh hơn so với rutile, khoảng cách Ti-Ti ngắn hơn và khoảng cách Ti-O dài hơn. Điều này ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử của hai dạng tinh thể, kéo theo sự khác nhau về các tính chất vật lý và hóa học.
Màng titanium dioxide, TiO2, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật như kính lọc, pin mặt trời, sensor quang, kính chống phản xạ, v.v... Trong thời gian gần đây TiO2 được phủ lên bề mặt các loại vật liệu để diệt khuẩn, lọc không khí, chống rêu cũng như giúp bề mặt vật liệu có khả năng tự làm sạch, chống sương bám, nước đọng.
Hình 1.11. Cấu trúc vùng năng lượng của TiO2 .
Hình 1.12. Giản đồ năng lượng của anatase và rutile [9].
Anatase có năng lượng vùng cấm là 3,2 eV, tương đương với một lượng tử ánh sáng có bước sóng 388nm. Rutile có năng lượng vùng cấm là 3,0 eV tương đương với một lượng tử ánh sáng có bước sóng 413 nm.
Với những tính chất đặc biệt trên, TiO2 và CNTs được lựa chọn làm chất dẫn đóng vai trò như những kênh dẫn điện tử trong chế tạo pin mặt trời hữu cơ tổ hợp nano. Việc phủ lớp dẫn điện tử TiO2 hoặc CNTs sẽ làm giảm sự tái hợp của các cặp exciton, tạo kênh dẫn, giảm rào thế shottky, giảm bẫy điện tử từ đó làm tăng hiệu suất của pin.