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TiO2结构性能一般TiO2是具有 n 型半导体性质的多晶型的半导体化合物，它存在三中晶体结构分别是金红石型、板钛矿型和锐钛矿型[4]。这三种晶型中，板钛矿型是一种亚稳定相，属于斜方晶系，性质很不稳定，在650℃时可转化为金红石型，因此其在自然界中较为稀少，无工业化应用；而金红石型二氧化钛和锐钛矿型二氧化钛同属于四方晶系，具有较高的催化活性。晶型结构以相互连接的 TiO6八面体来表示，可以通过八面体之间的相互连接和排列的方式是否相同来区别这两种晶型。金红石型由于原子排列致密，使其具有较强的光分散特性，鉴于此，在合适的条件下它可被广泛应用于白色颜料和涂料行业。另外，由于其能够屏蔽紫外线，故可以作为紫外线吸收剂，应用在功能性材料中[5]，并且它的应用范围还在进一步扩张。而锐钛矿型TiO2由于具有较好的光催化性能，其在环境保护，有机污染物去除方面显示了极大的应用前景。36994
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图2.1、图2.2和图2.3分别为TiO2的三种晶型，图2.1为金红石型；图2.2为板钛矿型；图2.3为锐钛矿型。可以看出，其中板钛矿晶型最不稳定。金红石型和锐钛矿型排列十分均匀，其中锐钛矿型晶格与晶格之间有较大空间，正是由于这种空间，使得其具有较好的吸附能力，对光催化降解过程，在材料表面的反应，起着十分积极的作用，同时其最外侧裸露的正四面体边缘的原子为O原子，在一定条件下，通过掺杂、取代以及不同的制备方法理论上可能改性其分子结构组成，从而使其材料的性能发生改变，这给了光催化改性提供了方便。
图2.1 金红石型TiO2图 图2.2 板钛矿型TiO2图 图2.3 锐钛矿型TiO2图
2 TiO2光催化机理
TiO2光催化降解有机污染物的机理图如下所示：
图2.4 TiO2光催化降解机理图
半导体光催化活性主要依赖于导带及价带的氧化—还原电位，通常情况下，半导体材料的能带结构是填充电子的低能夹带和空的高能导带所组成。半导体吸收能量大于或等于禁带宽度的光时，价带上的电子就会受激发跃迁至导带，在价带上产生相应的光生空穴。在电场作用下，电子和光生空穴分离，并迁移至二氧化钛表面，所产生的空穴具有强氧化性并且能够得到吸附在颗粒表面上物质中的电子，是这些物质被氧化，其机理如下：论文网
步骤1：TiO2+hv→h++e-
步骤2：H2O↔ H ++OH-，OH-+h+→•OH，h ++H2O→•OH+H+
步骤3：O2+e-→•O2- ，•O2- +H +→HO2-，2HO2-→O2+H2O2
H2O2+•O2- →•OH + OH-+ O2
步骤4：H2O2+hv→2•OH
步骤5：有机物+•OH+O2 →CO2 +H 2O+其他产物
其中，步骤1表示当TiO2吸收大于能带间隙的能量的照射光后，价带上的电子受到激发跃迁至导带，在价带上产生光生空穴，形成空穴-电子对。
步骤2表示产生的光生空穴与水溶液中的OH-生成具有强氧化性的•OH 自由基。该自由基有很强的活性，在一定的程度上可以把所生成的有机物转化成水、二氧化碳和无机矿化小分子[6]。
步骤3表示受激发的电子和氧气生成•O2- ，超氧负离子也是一类有着强氧化还原性的离子。超氧负离子与水中的氢离子反应生成过氧化羟基自由基。同时过氧化羟基自由基分解形成羟基自由基。
总的来说就是羟基自由基分解有机物形成二氧化碳、水和其他无机的小分子。因此使得TiO2在光催化分解有机污染物方面有着良好的应用前景。