氧化鈦（IV）即二氧化鈦，是一種白色無(wú)機(jī)化合物，化學(xué)式為T(mén)iO?。氧化鈦 (IV) 的晶體結(jié)構(gòu)是其性能的基礎(chǔ)，三種晶型在晶格排列、穩(wěn)定性上差異明顯，工業(yè)中僅金紅石和銳鈦礦型有實(shí)際應(yīng)用：
1、金紅石型（Rutile）的晶格結(jié)構(gòu)為四方晶系，空間群P4?/mnm，晶胞參數(shù)a=0.459nm、c=0.296nm，每個(gè)晶胞含2個(gè)TiO?分子；結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，密度最高（4.26g/cm3），光反射率低，耐候性、化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)異，是涂料、塑料等領(lǐng)域的首選晶型。
2、銳鈦礦型（Anatase）同樣為四方晶系，空間群I4?/amd，晶胞參數(shù)a=0.378nm、c=0.951nm，每個(gè)晶胞含 4 個(gè)TiO?分子；穩(wěn)定性低于金紅石型（加熱至400-600℃會(huì)轉(zhuǎn)化為金紅石型），但光催化活性遠(yuǎn)高于金紅石型，是光催化材料、太陽(yáng)能電池的核心晶型。
3、板鈦礦型（Brookite）為斜方晶系，空間群Pbca，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，常溫下易轉(zhuǎn)化為金紅石或銳鈦礦型，無(wú)實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，僅存在于天然礦物中。
氧化鈦的性能
光學(xué)性能：純TiO?為白色粉末，對(duì)可見(jiàn)光（400-760nm）的反射率高達(dá)90%以上，且折射率高（金紅石型n=2.71，銳鈦礦型n=2.55），是優(yōu)質(zhì)的白色顏料；具有“光響應(yīng)特性”，銳鈦礦型TiO?在紫外光（波長(zhǎng) < 387nm）照射下，價(jià)帶電子會(huì)躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，這是其光催化活性的來(lái)源。
電學(xué)性能：常溫下為絕緣體，禁帶寬度金紅石型約3.0eV，銳鈦礦型約3.2eV；摻雜金屬離子（如Nb??、Ta??）或非金屬離子（如N3?、C??）后，可轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體或?qū)w，用于電子器件（如透明導(dǎo)電薄膜、傳感器）。
穩(wěn)定性：在常溫下不與水、稀酸（鹽酸、硫酸）、稀堿反應(yīng)，僅溶于氫氟酸（HF）和熱濃硫酸，耐腐蝕性強(qiáng)；在空氣中加熱至1000℃以下不氧化、不分解，耐候性?xún)?yōu)異，長(zhǎng)期暴露在光照、雨水環(huán)境中性能無(wú)明顯衰減。
光催化活性：銳鈦礦型TiO?在紫外光照射下產(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)，可氧化分解有機(jī)物（如甲醛、苯）、還原重金屬離子（如Cr??→Cr3?），同時(shí)具有殺菌作用（破壞細(xì)菌細(xì)胞膜）；通過(guò)摻雜（如N摻雜）或復(fù)合（如與石墨烯復(fù)合），可將光響應(yīng)范圍擴(kuò)展到可見(jiàn)光區(qū)域，提升光催化效率，降低對(duì)紫外光的依賴(lài)。
氧化鈦的應(yīng)用領(lǐng)域
二氧化鈦具有高折射率、高白度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和光催化活性等特點(diǎn)，是一種重要的工業(yè)原料。
1、涂料與塑料領(lǐng)域
作為外墻涂料、內(nèi)墻乳膠漆的白色顏料，添加量約10%-20%，可提供優(yōu)異的遮蓋力（遮蓋力約10-15g/m2）和白度，且耐候性強(qiáng)（外墻涂料使用壽命可達(dá)10-15年，不褪色、不粉化）；部分高端涂料會(huì)使用納米級(jí)TiO?，利用其光催化活性實(shí)現(xiàn)“自清潔功能”——雨水沖刷時(shí)，TiO?在光照下分解表面灰塵和有機(jī)物，保持墻面潔凈。在聚乙烯、聚丙烯、PVC等塑料中添加5%-15%的TiO?，可提升塑料的白度、不透明度和耐老化性，避免塑料因光照（紫外線(xiàn)）導(dǎo)致的脆化、變色；
2、電子與能源領(lǐng)域
摻雜Nb??（鈮）的TiO?（NTO）薄膜，具有高透光性（可見(jiàn)光透過(guò)率≥85%）和低電阻率（約1×10?? Ω·cm），可替代ITO作為透明導(dǎo)電電極，用于柔性顯示屏、觸摸屏；優(yōu)勢(shì)在于成本低（Nb價(jià)格遠(yuǎn)低于In）、耐酸堿腐蝕性強(qiáng)，適合在惡劣環(huán)境中使用（如工業(yè)控制顯示屏）。
在染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）中，TiO?納米顆粒（銳鈦礦型）作為光陽(yáng)極，吸附染料分子后，可高效傳輸光生電子，提升電池轉(zhuǎn)換效率（實(shí)驗(yàn)室效率可達(dá)13%-15%）；鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）中，TiO?作為電子傳輸層（ETL），可減少電子復(fù)合，提升電池穩(wěn)定性，封裝后的電池在模擬陽(yáng)光下工作1000小時(shí)，效率衰減率 < 5%。
納米TiO?薄膜對(duì)氣體（如H?、CO、NO?）具有高敏感性，氣體分子吸附在薄膜表面會(huì)改變其電阻，通過(guò)檢測(cè)電阻變化可實(shí)現(xiàn)氣體的定性和定量分析
3、醫(yī)療與化妝品領(lǐng)域
制備TiO?生物陶瓷，用于骨科植入物（如人工關(guān)節(jié)、骨螺釘），因TiO?生物相容性好，可與人體骨骼緊密結(jié)合（骨整合性），且耐體液腐蝕，使用壽命可達(dá)15-20年；將TiO?涂覆在醫(yī)用口罩、手術(shù)器械表面，在紫外光照射下可殺滅細(xì)菌和病毒（如新冠病毒滅活率 > 99%），降低交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。作為物理防曬劑（俗稱(chēng) “鈦白粉”），添加在防曬霜、隔離霜中，通過(guò)反射和散射紫外線(xiàn)（UVA和UVB）實(shí)現(xiàn)防曬效果。
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