钛白粉是做什么的材料？

钛白粉学名为二氧化钛,是一种染料及颜料,金红石主要用于提取钛和制造白色颜料。钛白粉是工业生产中非常重要的原料,广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品、陶瓷、搪瓷、电子、食品和医药等工业。二氧化钛在自然界有三种结晶形态：金红石型、锐钛型和板钛型。板钛型属斜方晶系，是不稳定的晶型，在650℃以上即转化成金红石型，因此在工业上没有实用价值。锐钛型在常温下是稳定的，但在高温下要向金红石型转化。其转化强度视制造方法及煅烧过程中是否加有抑制或促进剂等条件有关。一般认为在165℃以下几乎不进行晶型转化，超过730℃时转化得很快。金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态，结构致密，与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率。金红石型和锐钛型都属于四方晶系，但具有不同的晶格，因而X射线图象也不同，锐钛型二氧化钛的衍射角位于25.5°，金红石型的衍射角位于27.5°。金红石型的晶体细长，呈棱形，通常是孪晶；而锐钛型一般近似规则的八面体。金红石型比起锐钛型来说，由于其单位晶格由两个二氧化钛分子组成而锐钛型却是由四个二氧化钛分子组成，故其单位晶格较小且紧密，所以具有较大的稳定性和相对密度，因此具有较高的折射率和介电常数及较低的热传导性。二氧化钛的三种同分异构体中只有金红石型最稳定，也只有金红石型可通过热转换获得。天然板钛矿在650℃以上即转换为金红石型，锐钛矿在915℃左右也能转变呈金红石型。

催化剂可以在自身不消耗的情况下加速化学反应和/或提高反应的选择性。与非催化相较，催化反应通过优化反应路线，能更有效地利用反应物和控制副反应的生成，催化剂已被广泛应用于能源生产、转换或存储以及环境保护、合成新药等催化反应中 。1972 年，日本学者 Fujishima 和 Honda 发现，TiO2 单晶在光的照射下能将水分解成氧气和氢气。自此以来，半导体光催化剂引起了学界的广泛关注，高效半导体光催化剂的研制取得了长足的进步，并被广泛应用于太阳能电池、环境保护等方面。其中，TiO2 因其具有廉价高效、环境友好、耐化学和光化学腐蚀等优点，一直以来均是半导体光催化领域的重点研究对象。上面这段话是不是不那么容易理解，没关系，在进入神奇的光触媒世界之前，为了便于大家理解，我们先科普几个概念。

催化剂：

催化剂又称为触媒，可以在自身不消耗的情况下加速化学反应和/或提高反应的选择性，应用于环境科学中具有无损耗、持久有效等特点。

光触媒

光触媒是一种以具有光催化功能的半导体材料，即在有光环境下它是一种催化剂，但在无光环境下，将失去催化能力。它能在光照射下产生强氧化性的物质（如羟基自由基、氧气等），并且可用于分解有机化合物（甲醛、苯、TVO等、部分无机化合物、细菌及病毒等，同样具有无损耗、持久有效等特点。

光电子空穴对

提到将光触媒的催化原理，不得不涉及半导体的能带理论，但它枯燥、乏味又难懂，在这笔者只能去尽量做简单的解释。半导体光催化剂的能带不连续，在价带（VB）和导带（CB）之间存在禁带。当入射的光子能量匹配或超过半导体的带隙能量（Eg）时，处于价带中的电子被激发到导带上，从而在导带产生高活性电子(e-), 价带上则生成带正电荷的空穴( h+)。

或许这个概念不好理解，但简单来讲，光触媒需要起作用，必须生成光电子-空穴对，这就有赖于你给什么样的光去激发它。并不是所有的光都能使其生成光电子空穴对，如果吸收光的频率不够（光的波长越短，频率越高），就无法让光电子突破禁带，从而放飞自我。

光催化原理

光触媒产生的光生电子(e-)与氧气结合生成O2-，空穴夺取OH-的自由电子结合生成HO·（氢氧根自由基），这些性质活泼的产物可降解空气中的大部分挥发性污染物，并灭杀病菌。

光触媒等于二氧化钛？

那么，光触媒可以和二氧化钛（TiO2）划等号吗？答案是不可以，他们集合和子集的关系，简单来说，光触媒包括二氧化钛，但不仅仅是二氧化钛，只不过二氧化钛是其中的典型代表而已。常用的光触媒材料主要为N型半导体材料，具有禁带宽度低等特点，包括TiO2 、 ZrO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2和一些纳米贵金属铂、铑、钯等，但由于其中大多数易发生化学或光化学腐蚀，或者成本过高，都不适于日常应用。常用的光触媒半导体材料为二氧化钛。

光催化剂g-C3N4制备工艺流程图

二氧化钛都能用作光催化材料？

当然，这个答案也是否定的。二氧化钛在自然界中是一种白色固态氧化物，俗称钛白粉。二氧化钛具有无毒、不透明性好、光亮度极佳和粘附力强的特性，工业中被广泛用作无机颜料。二氧化钛作为n型半导体，由于其原子排列不同，主要有锐钛型、金红石型和板钛型三种结晶形态。由于晶体结构不同，锐钛矿、金红石和板钛矿有不同物理化学性质。

板钛型的结晶形态属于斜方晶系八面体结构，是一种亚稳相，其格结构并不稳定，在高温中容易转化为金红石。因此，板钛型研究价值很小。锐钛型和金红石型都属于四方晶系。相比于锐钛型，金红石型原子排列更紧凑，折射率更高，因此呈现更高的分散光线能力。因此，在工业生产中金红石型是非常重要的白色涂料之一。锐钛型光催化活性相比前两种晶体材料会更好，在光催化降解以及制氢等领域有广阔的应用前景。

光触媒有哪些材料特性？

1. 环保无毒：光触媒代表物质是TiO2，其化学稳定性高，且经美国食品药物管理局（FDA）认可为安全物质，对人体并无伤害，在食品、日常生活用品、化妆品、医药、养殖业中普遍采用。

2. 消毒杀菌性：光触媒吸收自然光后具有强吸收电子的能力，即强氧化性，能有效催化分解有害有机、无机物质，也能消除细菌和病毒。例如，光触媒能将室内有害挥发性有机物甲醛、二氯苯、甲苯、二甲苯、TVOC等降解为无毒无害的小分子水和CO2。 同时，也可以将细菌真菌释放出的毒素分解及无害化处理。

3. 永久性：光触媒原液具有速干性的特性，涂于基材表面后即能速干并变成非水溶性物质，10天内便可达到相当于铅笔4H的硬度。在环境污染不严重的条件下，只要不磨损、不剥落，光触媒本身不会发生变化和损耗。在光的照射下可以持续不断的净化污染物，具有时间持久、持续作用的优点。

4. 自净性：经光触媒加工的表面，通过紫外线的照射后受到激发，可以把接触的有机物分解掉，不仅起到杀菌作用，还能将有害物质分解为无害小分子物质。同时由于光照条件下表现出的超亲水特性，当灰尘落于光触媒涂层上时，只需以清水清洗便达到洁净表面的目的。

光触媒这么牛叉，就没有缺点吗？

光触媒当然也有其使用局限性，主要体现在以下几方面：

1. 无光不分解

所谓的光触媒，顾名思义，一定要有光的参与，才能令其发生作用，所以其使用场景也会相对首先，对于无光和暗光环境，其效果将会大打折扣。

2. 光电子空穴对容易复合

在催化反应中光电子空穴对起到非常重要的作用，污染物降解、光催化消毒等都源于光电子空穴对的生成。然而光生电子和空穴的激发态是不稳定的，可以很容易地重新复合。光激发产生的光生载流子的复合率高，是导致量子效率低下的主要原因之一。通常情况下，二氧化钛的量子产率低（4%），最高不超过10%，因此大大限制了其使用的效能。

3. 光能利用率低

当前, TiO2光触媒对太阳光能量利用率低，只能吸收太阳光中的紫外线，而太阳光中紫外线仅占5-7%，因此,其使用场景受限较大，通常还需要高压汞灯、紫光灯、紫外线灯等照明手段辅助，其能耗高且 *** 作不方便。

4. 材料的团聚现象

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