Renk değişimiAzot katkılı Titanyum Dioksit (N katkılı TiO2)- saf beyazdan soluk sarıya ve koyu griye kadar değişen aralık - temel olarak nitrojen katkılama konsantrasyonu, oksijen boşluğu (VO) yoğunluğu ve Ti3+ kendi kendine katkılama arasındaki etkileşim tarafından yönetilir. Rengin kendisi, doping başarısının ve kapsamının doğrudan görsel bir göstergesi olarak hizmet eder.
Katkısız saf anataz veya rutil TiO2 saf beyazdır. Nedeni: TiO2, yalnızca UV ışığını (dalga boyu < 387 nm) emen geniş bant aralıklı bir yarı iletkendir (anataz ~3,2 eV, rutil ~3,0 eV). Görünür spektrumun tamamını (380-780 nm) neredeyse tamamen yansıtarak parlak beyaz bir görünüm sağlar.
Bu, başarılı nitrojen katkılamanın ideal imzasıdır.
Sebep: Nitrojen atomları, kısmen oksijen (O2−) bölgelerinin yerini alarak, ikame katkılama yoluyla kafese girer. N 2p yörüngesi, O 2p'den daha yüksek bir enerjiye sahiptir ve TiO2TiO2 değerlik bandı maksimumunun hemen üzerinde ayrı bir orta aralık durumu oluşturur.
Etkisi: Etkili bant aralığı ~3,2 eV'den yaklaşık 2,5–2,8 eV'ye daralır ve malzemenin mavi-mor ışığı (400–450 nm) absorbe etmesini sağlar. Tamamlayıcı renkler prensibi gereği yansıyan ışık sarıya doğru kayar.
Sonuç: Soluk sarı = hafif, temiz nitrojen katkısı; optimal fotokatalitik aktivite.
Toz griye veya koyu griye dönüştüğünde durum daha karmaşık hale gelir; tipik olarak birden fazla kusur tipinin üst üste gelmesi.
A. Yüksek Konsantrasyonlu Azot Katkısı
Nitrojen içeriği arttıkça orta aralık durumlarının yoğunluğu da artar ve görünür ışık emilimi mavi-mordan yeşil, sarı ve hatta kırmızı bölgelere kadar genişler. Emilim bant genişliği genişler, yansıyan ışık azalır ve renk sarıdan gri-kahverengiye geçiş yapar.
B. Oksijen Boşluklarının Oluşumu (VO)
Nitrojen katkılaması sırasında - özellikle amonyak veya indirgeyici atmosferde yüksek sıcaklıkta kalsinasyon altında - nitrojen ikamesine genellikle oksijen boşluğu oluşumu eşlik eder:
TiO2+NH3ΔN-TiO2−x+H2O↑
Oksijen boşlukları bant aralığı içinde sığ donör seviyeleri oluşturarak görünür ışık emilimini daha da artırır ve rengi koyulaştırır.
C. Ti3+Ti3+ Kendi Kendine Doping
Oksijen boşlukları bir yük dengeleme mekanizmasını tetikler - Ti4+'nın Ti3+'ya kısmi indirgenmesi:
2 Ti4++O2−⟶2 Ti3++VO+1/2O2↑
Ti3+ türü (kendisi de mavi-gri bir kromofor) daha derin orta aralık durumları sunarak toza maviden griye bir renk tonu kazandırır. Gri TiO2'nin literatürde sıklıkla "Siyah TiO2"ye doğru bir öncü aşama olarak tanımlanmasının nedeni tam olarak budur.
| Dış görünüş |
Doping Seviyesi |
Birincil Kromofor(lar) |
Fotokatalitik Aktivite |
| Saf Beyaz |
Katkısız |
Geniş bant aralığı; sıfır görünür emilim |
Yalnızca UV yanıtı |
| Soluk Sarı |
Hafif N-doping |
N 2p orta aralık durumları; mavi-mor ışığı emer |
En yüksek (optimum bant aralığı; güçlü görünür ışık tepkisi) |
| Grimsi-Beyaz |
Düşük ila orta düzeyde doping |
N-doping + minör VO |
Oldukça yüksek |
| Gri / Koyu Gri |
Ağır doping |
Yüksek N-doping + bol VOVO + Ti3+ |
Orta (aşırı kusurlar rekombinasyon merkezleri gibi davranabilir) |
| Siyah |
Aşırı azaltma |
Masif Ti3+Ti3+ + düzensiz yüzey tabakası |
Sentez yoluna bağlıdır |
Hedefiniz görünür ışıkta fotokataliz ise: Soluk sarı tozu hedefleyin. Bu, N atomlarının etkili orta boşluk durumları oluşturmak için kristal kafese başarılı bir şekilde girdiğini, oksijen boşlukları ve Ti3+Ti3+'nın düşük konsantrasyonlarda kaldığını ve elektron-delik rekombinasyonunu en aza indirdiğini gösterir.
Toz saf beyaz kalırsa: Azot katkısı başarısız olabilir - N atomları, kafes ikameleri yerine yalnızca yüzeyde adsorbe edilen türler olarak mevcut olabilir. Kontrol etmek:
Kalsinasyon sıcaklığının yeterli olup olmadığı (tipik olarak 400–550°C).
Azot kaynağının yeterli ve tamamen ayrışmış olup olmadığı (örn. üre, amonyak gazı veya trietilamin).
Toz koyu gri ise: Doping konsantrasyonu aşırı yüksektir veya indirgeyici atmosfer çok güçlüdür.
Görünür ışık emilimi daha güçlü olmasına rağmen, oksijen boşluklarının ve Ti3+'nın fazlası, elektron-delik rekombinasyon merkezleri gibi davranarak, fotokatalitik verimliliği mantığa aykırı bir şekilde düşürebilir.
Renk değerlendirme ipucu:
Karşılaştırma için tozu saf beyaz TiO2 ile yan yana yerleştirin; soluk sarı bir renk tonu bile başarılı dopingin işaretidir.
Kantitatif değerlendirme için UV-Vis Yaygın Yansıma Spektroskopisini (DRS) kullanın; Bant aralığı daralmasını doğrulamak için Kubelka-Munk fonksiyonunu hesaplayın.
SAT NANO, temel olarak müşterinin fotokatalitik verimlilik gereksinimlerini karşılayan açık gri nitrojen katkılı titanyum dioksit tozu sağlar. Daha kaliteli nitrojen katkılı titanyum dioksit tozuna ihtiyacınız varsa doğru ürünü satın almadan önce satış elemanımızla iletişime geçebilirsiniz.
