CHẤT MÀU vô cơ tio2

TITANIUM
DIOXIDE
GVHD:
GVHD TS. Nguyễn Văn Mạnh
SV trình bày:
bày Nhóm 1 (1 – 14)
LỚP: CN Hóa Vô Cơ – K8

TIO2


 I. Giới thiệu về vật liệu nano
 II. Sơ lược về TiO2
 III. Các dạng cấu trúc và tính chất vật lý
 IV. Tính xúc tác quang hóa của TiO2 ở dạng anatase
 V. Hiện tượng siêu thấm ướt của TiO2 :
 VI. Điều chế, sản xuất
 VII. Ứng dụng, hướng phát triển


I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO
 Vật liệu Nano là vật liệu có ít nhất 1 chiều có kích thước nm
 Vật liệu Nano được ứng dụng rất phổ biến hiện nay là Titanium dioxide - TiO 2
 Xúc tác phân tử Nano là tạo ra phản ứng ở nhiệt độ phòng, giúp tiết kiệm nhiều năng lượng
hơn.


I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO
Phân loại theo hình dáng vật liệu nano:

 Các loại vật liệu nano 1 chiều: màng mỏng, các lớp, các bề mặt…

 Các vật liệu nano 2 chiều: dây nano, các ống nano…
 Các vật liệu nano 3 chiều: các hạt nano, các hạt keo, các chấm lượng tử, các vật liệu dạng tinh
thể nano, các đám nano…

 Ngoài ra còn có các vật liệu có cấu trúc nano hay nanocompozit trong đó chỉ có một phần của
vật liệu có kích thước nano, hoặc cấu trúc của nó có nano 3 chiều, 1 chiều , 2 chiều đan xen
nhau.


I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO
 Các vật liệu nano 1 chiều:

Màng nano carbon

Màng VO2


I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO
 Các vật liệu nano 2 chiều:
Vụ nổ Nano
Fanny Béron, Montréal, Canaga

Tấm ảnh quét bởi máy hiển vi điện tử có
màu sắc được làm nổi bật cho thấy một
phần của dây nano CoFeB, được hình
thành trong quá trình kết tủa bằng các
dòng xung điện trong một khung nhôm
mẫu lỗ xốp. Trong quá trình kết tủa điện,
một số dây nano tràn ra trên bề mặt khung
mẫu, tạo hình ảnh như một vụ nổ.

GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO
 Các vật liệu nano 2 chiều:

Ống nano carbon (30X) bởi Paul Marshall,
Ottawa, Ontario
“Cánh rừng” trong ống nano
carbon. Màu sắc là kết quả
do sử dụng bộ lọc cho các
loại màu sắc khác nhau dựa
vào chiều cao mẫu.

ống nano carbon


I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO
 Các vật liệu nano 3 chiều:

Các hạt nano YBaCuO có kích
thước từ 100-200 nm mang từ tính.

Tinh thể nano. Đây là những
chùm tinh thể của các hạt
selenua cadmi bé nhỏ (đường
kính khoảng 50 nanomét).


I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO
 Nano composite

II. SƠ LƯỢC VỀ TIO2
 Nano TiO2 là loại vật liệu rất phổ biến hiện nay, được tiêu thụ tới hơn 3 triệu tấn/năm.


II. SƠ LƯỢC VỀ TIO2
1.Ưu điểm: Có 2 tính chất đặc biệt:

 Tính xúc tác quang (là nguyên liệu quang xúc tác trội nhất)
 Tính siêu thấm ướt


II. SƠ LƯỢC VỀ TIO2
2. Ứng dụng:
dụng: Ứd rộng rãi trong công nghệ vật liêu,hóa học và thực phẩm

 Pha chế tạo màu sơn,màu men,mỹ phẩm
 Hiện tượng quang xúc tác
+Chất xúc tác(xúc tác quang hóa)
+Pin quang điện phân bán dẫn

 Hiện tượng quang xúc tác & siêu thấm ướt:
+Vật liệu tự làm sạch (gạch lát nền, cửa kính, sơn tường, vải tự làm sạch…)
+ Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm
+ Diệt vi khuẩn, virus, nấm mốc
+ Tiêu diệt các tế bào ung thư

 Hiện tượng siêu thấm nước:
+ chống mờ kính xe ô tô dưới trời mưa

+ sản phẩm sứ vệ sinh, sản phẩm phòng tắm , nhà bếp
+ chế tạo vật liệu khô siêu nhanh làm việc trong điều kiện ẩm ướt

 Hấp thụ tia tử ngoại  Làm vật liệu chống tia tử ngoại


III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT VẬT LÝ

Rutile

Anats
e

Brookit
e


III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT VẬT LÝ


III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT VẬT LÝ


III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT
VẬT LÝ

Đều thuộc hệ tinh thể Tetragonal.

 Trong tinh thể anatase: Khoảng cách Ti-Ti ngắn hơn, khoảng
cách Ti-O dài hơn so với rutile



III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT VẬT LÝ
 Đa diện phối trí :


III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT VẬT LÝ
 Thông số vật lý của anatase và rutile


III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT
VẬT LÝ







Đều thuộc hệ tinh thể Tetragonal.
Anatase khi bị tác động của nhiệt độ cao (915 0C) chuyển thành Rutile.
Tinh thể anatase thường có màu nâu sẫm,màu vàng hoặc xanh, có độ sáng bóng như tinh thể kim loại,rất
dễ bị rỗ bề mặt, các vết xước có màu trắng,anatase được tìm thấy trong các khoáng cùng với rutile,
brookite, quarzt, feldspars, apatite, hematite, chlorite, micas, calcite...
Chỉ có dạng Anatase thể hiện tính hoạt động nhất dưới sự có mặt của ánh sáng mặt trời. Đó là do sự

khác biệt về cấu trúc vùng năng lượng của Anatase so với Rutile, dẫn đến một số tính chất đặc biệt của
Anatase.


III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT VẬT LÝ

TiO2 dạng anatase trong quặng bauxide


IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
a/ Định nghĩa:
nghĩa: Xúc tác quang hóa là xúc tác nếu được kích hoạt bởi nhân tố ánh sáng thích hợp thì sẽ giúp
phản ứng xảy ra.
VD:
VD:

CH CHO + 5/2 O
3
2
(

=0.0001mmol/(l.h.cm2
=0.0001mmol/(l.h.cm2)

ν

2CO + 2H O
2

2

, hν
TiO
2
→

b)Cơ chế xúc tác quang dị thể : Được tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng.
sau:
 TiO2 được dùng làm xúc tác quang dị thể vì thỏa 2 đk sau:

 Có hoạt tính quang hóa
 Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng cực tím hoặc nhìn thấy.


IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
b)Cơ chế xúc tác quang dị thể
Điểm khác biệt:
biệt:



PỨ xúc tác dị thể truyền thống : xúc tác được hoạt hóa bởi nhiệt, 5 giai đoạn



PƯ xúc tác quang hóa :xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp thụ ánh sáng,6 giai đoạn:

 Có thêm gđ hấp thụ photon ánh sáng , p.tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích

thích electron
 Giai đoạn pứ quang hóa chia làm 2 gđ nhỏ:
 PỨ quang hóa sơ cấp: các phân tử chất bán dẫn bị kích thích tham gia trực
tiếp vào pứ với các chất bị hấp phụ.
 PỨ quang hóa thứ cấp (gđ pứ “tối” hay pứ nhiệt):pứ của các sản phẩm thuộc
giai đoạn sơ cấp.


IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:

Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn

ĐK: NL photon ánh sáng(hv) >= NL vùng cấm (Eg)
SC : bề mặt xúc tác bán dẫn (TiO2)


IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
b)Cơ chế xúc tác quang dị thể
 Khi chiếu ánh sáng có năng lượng photon (hv) thích hợp

năng lượng vùng cấm (E ) lên bề mặt xúc tác bán
g
dẫn (SC) thì sẽ tạo các cặp điện tử(etử(e-) – lỗ trống (h+) →Các ee- chuyển lên vùng dẫn (quang electron), còn các lỗ
trống ở lại vùng hoá trị : hv + SC → ee- + h+
h+

≥

 Các phân tử chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt xúc tác gồm 2 loại:
•

Các phân tử có khả năng nhận e (Acceptor)

•

Các phân tử có khả năng cho e (Donor)

 Quang electron ở vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng nhận electron (A) ,quá trình khử xảy
ra: A(ads) + ee- → AA- (ads)


IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
b)Cơ chế xúc tác quang dị thể
 Lỗ trống chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng cho electron (D),thực hiện phản ứng oxh :
D(ads) + h+
h+ → D+
D+ (ads)
D+(ads) sau khi được hình thành sẽ phản ứng với nhau qua một chuỗi các phản ứng trung
 Các ion A-(ads) và D+
gian và sau đó cho sản phẩm cuối cùng .

 Trong quá trình xúc tác quang, electron và lỗ trống có thể tái kết hợp làm hiệu suất lượng tử giảm và giải phóng
năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ hoặc nhiệt

 Thông thường Ag là kim loại được lựa chọn để tạo nên bẫy điện tích làm giảm tốc độ tái kết hợp điện tử và lỗ
trống, tăng hiệu suất lượng tử của quá trình quang xúc tác TiO
2