Варијација бојеТитанијум-диоксид допиран азотом (ТиО2 допиран Н)— у распону од чисто беле до бледо жуте до тамно сиве — у основи је вођен интеракцијом између концентрације допинга азота, густине празнине кисеоника (ВО) и Ти3+ самодопинга. Сама боја служи као директан визуелни показатељ успеха и обима допинга.
Недопирани чисти анатаз или рутил ТиО2 је чисто бео. Разлог: ТиО2 је полупроводник са широким појасом (анатаз ~3,2 еВ, рутил ~3,0 еВ) који апсорбује само УВ светлост (таласна дужина < 387 нм). Скоро у потпуности одражава цео видљиви спектар (380–780 нм), дајући сјајан бели изглед.
Ово је идеалан потпис успешног допинга азотом.
Разлог: Атоми азота улазе у решетку путем супституционог допинга, делимично замењујући места кисеоника (О2−). Н 2п орбитала има већу енергију од О 2п, формирајући дискретно стање средњег јаза непосредно изнад максимума ТиО2ТиО2 валентног појаса.
Ефекат: Ефективни појас се сужава са ~3,2 еВ на приближно 2,5–2,8 еВ, омогућавајући материјалу да апсорбује плаво-љубичасту светлост (400–450 нм). По принципу комплементарних боја, рефлектована светлост се помера ка жутој.
Закључак: Бледожута = благи, чисти азотни допинг; оптимална фотокаталитичка активност.
Када прах постане сив или тамно сив, ситуација постаје сложенија - обично суперпозиција више типова дефеката.
А. Допинг са високом концентрацијом азота
Како се садржај азота повећава, густина стања средњег јаза расте, проширујући апсорпцију видљиве светлости од плаво-љубичасте до зелене, жуте, па чак и црвене области. Опсег апсорпције се шири, рефлектована светлост се смањује, а боја прелази из жуте у сиво-браон.
Б. Формирање слободних места за кисеоник (ВО)
Током допинга азотом - посебно под високотемпературном калцинацијом у амонијаку или редукционој атмосфери - супституција азота је често праћена стварањем слободних места за кисеоник:
ТиО2+НХ3ΔН-ТиО2−к+Х2О↑
Слободна места за кисеоник уводе плитке нивое донора унутар појаса, додатно повећавајући апсорпцију видљиве светлости и затамњујући боју.
Ц. Ти3+Ти3+ Селф-Допинг
Слободна места за кисеоник покрећу механизам за компензацију наелектрисања — делимично смањење Ти4+ у Ти3+:
2 Ти4++О2−⟶2 Ти3++ВО+1/2О2↑
Врста Ти3+ (сама плаво-сиви хромофор) уводи дубља стања средњег јаза, дајући праху плаво-сиву нијансу. Управо због тога се сиви ТиО2 често описује у литератури као прекурсорска фаза ка „црном ТиО2“.
| Изглед |
Ниво допинга |
Примарни хромофор(и) |
Пхотоцаталитиц Ацтивити |
| Пуре Вхите |
Ундопед |
Виде бандгап; нула видљива апсорпција |
Реакција само на УВ зрачење |
| Бледо жута |
Благи Н-допинг |
Н 2п мид-гап стања; апсорбује плаво-љубичасту светлост |
Највиши (оптимални појас; јак одзив видљивог светла) |
| Сивкасто-бела |
Низак до умерен допинг |
Н-допинг + мањи ВО |
Прилично високо |
| Сива / Тамно сива |
Тешки допинг |
Висок Н-допинг + обиље ВОВО + Ти3+ |
Умерено (вишак дефеката може деловати као рекомбинациони центри) |
| Црно |
Прекомерно смањење |
Масивни Ти3+Ти3+ + неуређени површински слој |
Зависи од путање синтезе |
Ако је ваша мета фотокатализа видљивог светла: Циљајте на бледо жути прах. Ово указује да су Н атоми успешно ушли у кристалну решетку да би формирали ефикасна стања средњег јаза, док слободна места за кисеоник и Ти3+Ти3+ остају при ниским концентрацијама — минимизирајући рекомбинацију електрона и рупа.
Ако прах остане чисто бео: Допирање азотом може бити неуспешно — атоми Н могу бити присутни само као површински адсорбоване врсте, а не као супституције решетке. Проверите:
Да ли је температура калцинације довољна (обично 400–550°Ц).
Да ли је извор азота адекватан и потпуно разложен (нпр. уреа, гас амонијака или триетиламин).
Ако је прах тамно сив: концентрација допинга је превисока или је редукциона атмосфера прејака.
Иако је апсорпција видљиве светлости јача, вишак слободних места кисеоника и Ти3+ могу деловати као центри за рекомбинацију електронских рупа, контраинтуитивно деградирајући фотокаталитичку ефикасност.
Савет за процену боје:
Ставите прах један поред другог са чистим белим ТиО2 за поређење — чак и слаба жута нијанса сигнализира успешно допинг.
Користите УВ-Вис дифузну рефлексијску спектроскопију (ДРС) за квантитативну процену; израчунајте Кубелка-Мунк функцију да бисте потврдили сужавање појасног размака.
САТ НАНО обезбеђује светлосиви прах титанијум диоксида допираног азотом, који у основи испуњава захтеве купца за фотокаталитичку ефикасност. Ако вам је потребан квалитетнији прах титанијум диоксида допираног азотом, можете разговарати са нашим продавцем пре куповине одговарајућег производа.
