钛氧膜的结构及性能研究
1
前言
TiO
2
有独特的光学?/p>
电学及化学性质
,
已广泛用于电子?/p>
光学和医学等方面?/p>
例如
,
作为氧传感器用于湿敏?/p>
压敏元件及汽车尾气传感器?/p>
作为光催化剂
,
可实
现有机物的光催化降解
,
具有杀菌、消毒和处理污水等作用;利用其亲水亲油的
“双亲?/p>
特?/p>
,
可使镀有钛氧膜的物体具有自清洁作用
,
从而达到防污?/p>
防雾?/p>
?/p>
洗、易干等目的;而金红石相钛氧膜是很好的人工心脏瓣膜材料。对?/p>
TiO
2
?/p>
研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。在
TiO
2
性能方面的研?/p>
,
尤以
对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富?/p>
Ti-O
膜作为生物活性材料在生物体内可以长期稳定存在且不与生物组织发
生物化反应,
即具有良好的生物相容性,
但其缺点在于植入生物体内后,
不能?/p>
效地在材料表面形成有正常的细胞并维持长期的活性?/p>
国内外很多的研究者采?/p>
各种表面改性工艺方法,对材料表面进行生物活化或有机
/
无机复合等使材料?/p>
面挂?/p>
?/p>
COOH
?/p>
?/p>
OH
?/p>
?/p>
NH
2
等反应性基团,然后通过形成共价键使生物?/p>
子如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定在材料表面,充当邻近细胞、基?/p>
的配基或受体?/p>
在材料表面形成一个能与生物体相适应的过渡层?/p>
以达到活化钛
氧膜表面的效果?/p>
目前?/p>
对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法?/p>
?/p>
处理以及酸活化处理等方法?/p>
作为半导体光催化?/p>
,
纳米
TiO
2
薄膜可以利用部分太阳光能
,
使反应在常温
常压下进?/p>
,
并且反应速度?/p>
,
对污染物治理彻底
,
没有二次污染
,
十分符合环境
治理中高效率低消耗的要求?/p>
加之
TiO
2
具有高活性?/p>
安全无毒?/p>
化学性质稳定
(
?/p>
化学及光腐蚀
)
?/p>
难溶?/p>
成本低等优点
,
因此被公认为是环境治理领域中最具开?/p>
前途的环保型光催化材料?/p>
TiO
2
作为光催化剂最初采用的是悬浮相
,
但这种悬?/p>
相的光催化剂存在难搅拌?/p>
易失活?/p>
易团聚和回收困难等缺点,
严重地限制了?/p>
的应用和发展。制备负载型光催化剂是解决这一问题的有效办?/p>
,
TiO
2
的薄膜型
光催化剂已引起人们的极大兴趣?/p>
2
氧化钛的能带结构与晶体结?/p>
2.1
氧化钛的能带结构
氧化钛的能带结构如图
1-1
所?/p>
?/p>
1
?/p>
?/p>
以金红石相为例,
锐钛矿相的结构基?/p>
与其一致。氧化钛能带结构是沿布里渊区的高对称结构?/p>
3d
轨道分裂?/p>
e
g
?/p>
t
2g
两个亚层,但它们全是空的轨道,电子占?/p>
s
?/p>
p
能级;费米能级处?/p>
s
?/p>
p
?/p>
带和
t
2g
能带之间;最低的两个价带相应?/p>
O
2s
能级。接下来
6
个价带相应于
O
2s
能级,最低的导带是由
O
3p
产生生的,更高的导带能级是由
O
3p
产生的。利用能
带结构模型计算氧化钛晶体的禁带宽度为
3.0
(金红石相)
?/p>
3.2
(锐钛矿相)
?/p>