钛白粉（Titanium Dioxide, TiO2）的物理化学性质及用途

发布时间：2024年12月6日

---

物理化学性质：

• CAS号：13463-67-7
• 二氧化钛（Titanium Dioxide, TiO2）是一种白色粉末，具有良好的光催化性能和化学稳定性。
• 具有较高的比表面积和吸附性能。

合成或生产方式：

通过溶胶-凝胶法制备。

用途：

• 广泛用于光催化、吸附剂、涂料等领域。
• 在本研究中，TiO2被用于增强聚合物纳米复合材料的吸附性能。

用途：

二氧化钛 (Titanium Dioxide, TiO₂)常用于增强纹身墨水的亮度，尤其是蓝色、黄色、绿色和紫色墨水（Bäumler et al. 2000; Ross et al. 2001）。

实验数据：

• 激光照射后的变化：TiO₂在激光照射后颜色略微变灰（图S12），形态从立方体矩形变为聚集的球形纳米颗粒（图3a, b）。
• 粒径变化：未照射的TiO₂粒径为300 nm，照射后聚集到473 ± 7 nm（图4a）。
• 与颜料的相互作用：TiO₂在激光照射后聚集在PY14、PY74和PY65颗粒周围，形成涂层（图3e, f, j, n）。

物理化学性质：

• 晶体结构：TiO₂有多种多晶型，其中最常见的为锐钛矿（anatase）和金红石（rutile）。锐钛矿和金红石均为四方晶系，但金红石的晶体结构更为致密，密度约为4.2 g/cm³，而锐钛矿的密度约为3.9 g/cm³。此外，还存在一种不太稳定的板钛矿（brookite），但在文献中未深入讨论。
• 折射率：TiO₂的折射率与其晶体结构和密度密切相关。金红石相的折射率最高，约为2.7（550 nm处），锐钛矿相次之，约为2.5，而无定形TiO₂的折射率最低，约为1.9到2.0。通过改变沉积方法、条件以及温度，可以调控TiO₂的晶体结构，从而实现折射率的调控。
• 光学带隙：TiO₂是一种宽禁带n型半导体，金红石相的带隙为3.0 eV，锐钛矿相的带隙为3.2 eV。由于其宽禁带特性，TiO₂对可见光和近红外光的吸收较少，透光性较好，但可以吸收紫外光，从而产生光生电子-空穴对。
• 化学稳定性：TiO₂具有良好的化学稳定性，不易与其他物质发生化学反应，这使其在多种环境中都能保持稳定的性能。
• 光催化活性：TiO₂在紫外光照射下具有光催化活性，能够分解有机污染物，表现出自清洁和抗菌性能。此外，光催化反应还能使TiO₂表面产生超亲水性，从而实现防雾效果。

合成或生产方式：

• 物理气相沉积（PVD）：如磁控溅射、脉冲激光沉积（PLD）和电子束蒸发等方法可用于制备TiO₂薄膜。这些方法通过将TiO₂靶材在高真空或特定气氛下蒸发或溅射到基底上，形成高质量的薄膜。
• 化学气相沉积（CVD）：包括原子层沉积（ALD）和等离子体增强CVD等技术。ALD通过交替引入前驱体（如钛源和氧源）和反应气体，在基底表面逐层沉积TiO₂薄膜，能够实现精确的厚度控制和良好的均匀性。
• 溶液法：如溶胶-凝胶法、旋涂法、浸涂法和喷雾热解等。溶胶-凝胶法通过将钛源前驱体（如钛酸四丁酯）溶解在溶剂中，经过水解、缩合反应形成溶胶，再经过干燥和热处理得到TiO₂薄膜。这些溶液法工艺简单、成本较低，适合大面积制备。

用途：

• 光伏领域：TiO₂在光伏技术中具有多种应用。作为减反射膜（ARC），TiO₂能够有效降低太阳电池表面的反射损失，提高光的耦合效率，从而提升电池的光电转换效率。此外，TiO₂还可用作电子传输层（ETL），在染料敏化太阳能电池（DSSC）中，多孔的TiO₂层作为电极，能够吸附大量染料分子，实现光生电荷的有效分离和传输；在钙钛矿太阳能电池（PSC）中，TiO₂层起到电子选择性传输的作用，有助于提高电池性能。
• 光学涂层：TiO₂的高折射率和可调控性使其成为理想的光学涂层材料。它可以与其他低折射率材料（如SiO₂）组合，形成多层光学涂层，用于制造光学滤光片、光干涉滤光片等，实现特定的光学性能，如宽带或窄带的透光、反射或阻断特定波长的光。
• 自清洁和防雾涂层：利用TiO₂的光催化特性和超亲水性，开发出自清洁和防雾涂层。这些涂层能够分解表面的有机污染物，保持表面清洁，同时在紫外光照射下使表面产生超亲水性，防止雾气的形成，适用于太阳能电池盖板、建筑玻璃、汽车后视镜等领域。
• 辐射制冷涂层：TiO₂还可以用于制造辐射制冷涂层，通过在大气窗口（8-13 μm）波段高效辐射热量，实现低于环境温度的被动制冷效果。这种涂层对于降低建筑物的空调能耗、提高能源利用效率具有重要意义。

物理化学性质：

• 晶体结构：主要以锐钛矿（Anatase）和金红石（Rutile）两种晶型存在。文献提到，E171主要是一种基于锐钛矿的混合物，但也允许使用金红石型二氧化钛作为食品着色剂。
• 粒径分布：E171是一种混合物，包含纳米级颗粒（<100 nm）和非纳米级颗粒（>100 nm）。文献指出，商业市场上超过98%的TiO₂颗粒是颜料级尺寸（pigment-grade），而纳米级TiO₂仅占约2%。
• 光学性质：由于其高折射率和无固有颜色，TiO₂在200-300 nm粒径范围内具有优异的光散射性能，因此被用作白色颜料。

用途：

• 食品工业：E171被广泛用作食品中的白色着色剂，例如在糖果、口香糖、烘焙食品等中。
• 药品和化妆品：用于药品的包衣和化妆品中，提供白色外观。
• 其他应用：TiO₂还用于涂料、塑料、防晒霜（作为紫外线吸收剂）、催化转化器等。

研究背景和关注点：

• 安全性评估：文献主要讨论了TiO₂作为食品添加剂的安全性问题，特别是其潜在的遗传毒性（genotoxicity）和纳米颗粒的生物累积问题。
• 粒径与毒性：文献指出，尽管TiO₂的纳米级颗粒（<100 nm）在某些研究中表现出潜在的毒性，但这些颗粒在食品应用中的比例较低，且实际摄入后的吸收率极低。
• 国际机构的评估：文献提到，欧洲食品安全局（EFSA）在2021年重新评估了TiO₂的安全性，认为不能排除其遗传毒性，而其他国家的机构（如加拿大、澳大利亚、新西兰和美国）则认为现有证据不足以支持这一结论。

物理化学性质: 光催化剂，能够通过接收光能产生活性氧种类(ROS)，如·OH, ·O2−和1O2，导致有机物的矿化。

分类: 光催化剂。

用途: 用于土壤和水中农药的光降解。

性质:

宽带隙半导体，带隙约为3.2 eV，主要在紫外光下表现出光催化活性。

用途:

与ZnO结合用于增强光催化降解有机污染物。

实验数据：

• ZnO/TiO₂异质结在紫外光下表现出增强的降解速率（参考文献[44]）。

• Home
• 2024
• 十二月

---

合作征集

供应各类试剂、原料，专注研发，汇总化工品合成、提纯技术及小试、中试、量产供应链建设。

Email:net.fei@163.com