第二章氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)及光譜特征2.1陰離子的密堆積方式原子或離子在形成晶體時(shí)，總是趨向于形成能量最低、最穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。而原子或離子鍵合后所形成的結(jié)構(gòu)的幾何因素，是決定晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。大多數(shù)的結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足成鍵、尺寸效應(yīng)、電荷平衡等其它要求的前提下，都能充分利用空間，對(duì)于晶體，形成這種結(jié)構(gòu)可以擁有最大的密度。2.1.1陰離子的排列方式

（a）四方排列，空隙率為21.5％；（b）六方排列，空隙率9.3％隨著原子層間的排列方式不同，又分為六方密堆積（HCP）和立方密堆積（CCP）。2.1.2六方密堆積和四方密堆積六方密堆積：六配位，周?chē)?個(gè)原子四方密堆積：四配位，周?chē)兴膫€(gè)原子2.2氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)

TiO2有3種晶體結(jié)構(gòu)，組成結(jié)構(gòu)的基本單元是TiO6八面體。Ti原子位于八面體中心。

TiO6八面體通過(guò)共邊或共頂點(diǎn)方式連接，形成不同的氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)。銳鈦礦由TiO6八面體共邊組成；金紅石和板鈦礦結(jié)構(gòu)則由TiO6八面體共頂點(diǎn)且共邊組成。銳鈦礦實(shí)際上可看作是四面體結(jié)構(gòu)，而金紅石和板鈦礦則是稍有畸變的八面體結(jié)構(gòu)。2.2.1金紅石金紅石相TiO2實(shí)際的晶體不是一種密堆積的方式。組成基本晶胞的是四面體晶格（a=0.459nm,b=0.296nm）。

ra/rc=0.49（陰離子半徑與陽(yáng)離子半徑之比）在構(gòu)成八面體的范圍內(nèi)。

Ti4＋只占據(jù)了一半的八面體中心位置，還有一半的位置空著。2.2.2板鈦礦類(lèi)似于金紅石結(jié)構(gòu)，由氧陰離子密堆積為主體，Ti4＋陽(yáng)離子處于的八面體中心位置。氧離子采?。瑼BACA－方式密堆積。板鈦礦中，每個(gè)八面體有八個(gè)共享的頂點(diǎn)和3條共享的邊。2.2.3銳鈦礦銳鈦礦的八面體畸變最大，但比板鈦礦中的八面體對(duì)稱(chēng)性高。八面體通過(guò)共頂點(diǎn)的方式連接成網(wǎng)，八面體層之間通過(guò)共邊的方式而構(gòu)成三維結(jié)構(gòu)，每4個(gè)八面體層，相同的結(jié)構(gòu)就會(huì)重復(fù)1次。金紅石、板鈦礦和銳鈦礦結(jié)構(gòu)在自然界中存在。板鈦礦和銳鈦礦是TiO2的低溫相，金紅石是TiO2的高溫相。銳鈦礦、板鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)化溫度一般為500～600℃。而在實(shí)驗(yàn)條件下，金紅石不能向銳鈦礦或板鈦礦轉(zhuǎn)化。TiO2－IITiO2－II2.3氧化鈦三種晶相的物理性質(zhì)對(duì)比板鈦礦是一種亞穩(wěn)相，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，極少被應(yīng)用；銳鈦礦和金紅石雖屬同一晶系，但金紅石的原子排列要致密得多，相對(duì)密度和折射率也較大，具有很高分散光線(xiàn)的本領(lǐng)，同時(shí)金紅石具有很強(qiáng)的遮蓋力和著色力，廣泛應(yīng)用于油漆、造紙、陶瓷、橡膠、搪瓷、塑料和紡織等工業(yè)中，是重要的白色顏料。金紅石對(duì)紫外線(xiàn)也有良好的屏蔽作用，可作為紫外線(xiàn)吸收劑使用。銳鈦礦不如金紅石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但納米級(jí)銳鈦礦具有良好的光催化活性，在環(huán)保方面有廣闊的應(yīng)用前景。2.4納米氧化鈦的光譜特征2.4.1X射線(xiàn)衍射（XRD）納米粒子太細(xì)小，會(huì)引起X-射線(xiàn)衍射峰的寬化，可由X-射線(xiàn)寬化法測(cè)定顆粒粒徑。當(dāng)顆粒為單晶時(shí)，該方法測(cè)定的是顆粒度；當(dāng)顆粒為多晶時(shí)，測(cè)得的是組成單個(gè)顆粒的單個(gè)晶粒的平均晶粒度，即一次粒徑。（指含有低氣孔率的一種獨(dú)立的粒子，顆粒內(nèi)部可以有界面、晶界等）。該測(cè)量方法只適用晶態(tài)納米粒子的粒徑評(píng)估。當(dāng)粒徑小于或等于50nm時(shí)，測(cè)量值與實(shí)際值相近，反之，測(cè)量值通常小于實(shí)際值。紫外－可見(jiàn)漫反射吸收光譜吸收邊有明顯藍(lán)移。2.4.3拉曼光譜（Raman）當(dāng)光照射到物質(zhì)上時(shí)，會(huì)發(fā)生非彈性散射，散射光中，除了有與激發(fā)光波長(zhǎng)相同的彈性成分（瑞利散射）外，還有比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)的和短的成分，后一現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為拉曼效應(yīng)。由分子振動(dòng)、固體中的光學(xué)聲子等元激發(fā)與激發(fā)光相互作用產(chǎn)生的非彈性散射，稱(chēng)為拉曼散射。拉曼散射與晶