Tio,的缺陷化学 References: l."The Defect Chemistry of Metal Oxides”D.M.Smyth,西安 交通大学出版社 2."Defects and Transport in Crystalline Solids",Truls Norby, University of Oslo,Spring
TiO2的缺陷化学 References: 1 “Th D f Ch i f M l O id ” D M S h 1. “The Defect Chemistry of Metal Oxides” D. M. Smyth, 西安 交通大学出版社 2 “Defects and Transport in Crystalline Solids” Truls Norby 2. “Defects and Transport in Crystalline Solids”, Truls Norby, University of Oslo, Spring
二氧化钛 Semiconductors Electronics Medicines Packaging Paints Biosensors nanoparticles Catalysts Cosmetics Nano-fabrics Bio-engineering Aumobile Dye-sensitized solar cells Ti02的应用
二氧化钛 TiO2的应用
TO,中存在的缺陷的分析 金红石结构的TiO, 可能的本征缺陷分析： 一从晶体结构而言，氧离子近似于六 方密堆，形成间隙氧比较困难，因 此反Frenkel缺陷比较难于形成。 一其他可能的本征缺陷可能为： Ti Frenkel缺陷（或无序）：Ti%=T“+分 Schottky缺陷（或无序）：0=2Vo+Vn 无法从理论预测哪一种本征缺陷占 主导，理论计算的生成焓： Schottky缺陷<阴离子Frenkel缺陷< 阳离子Frenkel缺陷，与实验结果不 符
TiO2中存在的缺陷的分析 • 金红石结构的TiO2 • 可能的本征缺陷分析： – 从晶体结构而言，氧离子近似于六 方密堆，形成间隙氧比较困难，因 此反Frenkel缺陷比较难于形成。 – 其他可能的本征缺陷可能为： Frenkel缺陷（或无序） ： Schottky缺陷（或无序）: '''' Ti Ti V Ti i Ti '''' 0 2 V V O Ti • 无法从理论预测哪一种本征缺陷占 主导，理论计算的生成焓： Schottky Schottky缺陷<阴离子Frenkel Frenkel缺陷 < 阳离子Frenkel缺陷 ，与实验结果不 符
TO,中存在的缺陷的分析 非化学计量氧化物： ·O,可以被还原，但难以被氧化，其可能的缺陷方程为： -缺氧氧化物： Oo=vo+2e+0(8) -富金属氧化物：200+Ti=T1“+4e+02(g) ·下面的缺陷形成比较困难： -富氧氧化物：O2(g)=O,+2hi -缺金属氧化物：O,(g)=V+2Oǒ+4h ·在氧化气氛下可以发生下面的反应： o+02(8）=Oǒ+2h Ti+O2(g）=20+T+4h
TiO2中存在的缺陷的分析 非化学计量氧化物: • TiO2可以被还原，但难以被氧化，其可能的缺陷方程为： 缺氧氧化物 / – ： – 富金属氧化物： 下面的缺陷形成比较困难 / 1 2 2 2 () O v e Og O O / 2 2 4 () O Ti Ti e O g O Ti i • 下面的缺陷形成比较困难： – 富氧氧化物： 缺金属氧化物 1 '' 2 2 () 2 Og O h i '''' O VOh () 2 4 – 缺金属氧化物： • 在氧化气氛下可以发生下面的反应： 2 () 2 4 O Ti O g VOh 1 O Oh () 2 2 2 () 2 O O v O g O h 2 () 2 4 Ti O g O Ti h i O Ti
TO,中存在的缺陷的分析 ·TiO,中的T为四价，因此低价掺杂几乎不可避免。 ·由于TO,中难以形成空穴，低价掺杂造成的缺陷主要由离 子性的缺陷电荷平衡，其可能的缺陷方程为（以AO3为 例)： 2A,03+T=4An+T1+60ǒ A03=2Am+V%+3Oǒ ·高价掺杂的TO,容易形成自由电子，可能的缺陷方程为 (以D,05)为例： D0=2Dn+40%+502(gas)+2e1 当然，金属空位也可能为平衡掺杂缺陷电荷的点缺陷： 2B2O=4B+V+10Oǒ
TiO2中存在的缺陷的分析 • TiO2中的Ti为四价，因此低价掺杂几乎不可避免。 • 由于TiO2中难以形成空穴，低价掺杂造成的缺陷主要由离 子性的缺陷电荷平衡，其可能的缺陷方程为（以A2O3为 例）： ' 2 3 2 46 A O Ti A Ti O Ti Ti i O 高价掺杂的 容 自由电 能的缺陷 为 ' 2 3 2 3 A O AV O Ti O O • 高价掺杂的TiO2容易形成自由电子，可能的缺陷方程为 （以D2O5）为例： 1 DO D O O 2 4 ( ) 2' 当然，金属空位也可能为平衡掺杂缺陷电荷的点缺陷： 25 2 2 4 ( ) 2' 2 DO D O O Ti O gas e '''' 2 5 2 4 10 B O BV O Ti Ti O