TiO2pohjaisina

TiO2-pohjaisina viittaa materiaaleihin, joissa titanidioksidi (TiO2) on pääasiallinen koostumuksellinen komponentti. TiO2 esiintyy useissa kiteisissä muodoissa, eniten anatase-, rutile- ja brookite-polymorfeina. Anatase on usein fotokatalyytisesti aktiivisin, kun taas rutile on kemialliselta vakaampi.

Ominaisuudet: TiO2:lla on korkea kemiallinen kestävyys, hyvä läpinäkyvyys valkoisena pigmenttinä ja korkea tiheys. Sen band gap -energialuokat ovat noin 3,2 eV (anatase) ja 3,0 eV (rutile), mikä sallii valon absorptioon UV-alueella. Fotokatalyyttinen toiminta vaatii elektroneja ja aukkoja, joita voidaan parantaa dopauksella tai muodostamalla heterojunctioneja, jolloin näkyvän valon hyödyntäminen paranee.

Muodot ja valmistus: TiO2-materiaaleja voidaan valmistaa nanopartikkelien, nanorakenteiden (esimerkiksi nanotubusten tai nanokiteiden) sekä monien komposiittien muodossa. Syntetisoidaan muun muassa solvogel- ja hydrotermisillä menetelmillä sekä PVD- tai spray-pyrolyysin kautta. Dopingilla (esim. N-, C- tai metallit) sekä pintamuokkauksilla ja nanokomposiiteilla voidaan laajentaa aktiivisuutta näyttävävalon alueelle ja parantaa erottelukykyä.

Sovellukset: käytetään laajasti valkoisena pigmenttinä maaleissa ja pinnoitteissa; fotokatalyyttisissä puhdistusprosesseissa veden ja ilman puhdistuksessa; antimikrobisissa pinnoitteissa; sekä valoon perustuvien energiaratkaisujen ja sensorien komponentteina sekä dye-sensitized solar cells (DSSC).

Haasteet ja kehityssuunta: pääasialliset haasteet ovat UV-rajoitukset jaElectronien ja aukkojen recombination. Tutkimus suuntautuu näkyvän valon hyödyntämiseen dopingin, nanorakenteiden ja uusien komposiittien kautta sekä kustannustehokkaaseen massatuotantoon.