氧化鈦（IV）即二氧化鈦，是一種白色無機化合物，化學(xué)式為TiO?。氧化鈦 (IV) 的晶體結(jié)構(gòu)是其性能的基礎(chǔ)，三種晶型在晶格排列、穩(wěn)定性上差異明顯，工業(yè)中僅金紅石和銳鈦礦型有實際應(yīng)用：

1、金紅石型（Rutile）的晶格結(jié)構(gòu)為四方晶系，空間群P4?/mnm，晶胞參數(shù)a=0.459nm、c=0.296nm，每個晶胞含2個TiO?分子；結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，密度最高（4.26g/cm3），光反射率低，耐候性、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，是涂料、塑料等領(lǐng)域的首選晶型。

2、銳鈦礦型（Anatase）同樣為四方晶系，空間群I4?/amd，晶胞參數(shù)a=0.378nm、c=0.951nm，每個晶胞含 4 個TiO?分子；穩(wěn)定性低于金紅石型（加熱至400-600℃會轉(zhuǎn)化為金紅石型），但光催化活性遠高于金紅石型，是光催化材料、太陽能電池的核心晶型。

3、板鈦礦型（Brookite）為斜方晶系，空間群Pbca，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，常溫下易轉(zhuǎn)化為金紅石或銳鈦礦型，無實際工業(yè)應(yīng)用，僅存在于天然礦物中。

氧化鈦的性能

光學(xué)性能：純TiO?為白色粉末，對可見光（400-760nm）的反射率高達90%以上，且折射率高（金紅石型n=2.71，銳鈦礦型n=2.55），是優(yōu)質(zhì)的白色顏料；具有“光響應(yīng)特性”，銳鈦礦型TiO?在紫外光（波長 < 387nm）照射下，價帶電子會躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生光生電子-空穴對，這是其光催化活性的來源。

電學(xué)性能：常溫下為絕緣體，禁帶寬度金紅石型約3.0eV，銳鈦礦型約3.2eV；摻雜金屬離子（如Nb??、Ta??）或非金屬離子（如N3?、C??）后，可轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體或?qū)w，用于電子器件（如透明導(dǎo)電薄膜、傳感器）。

穩(wěn)定性：在常溫下不與水、稀酸（鹽酸、硫酸）、稀堿反應(yīng)，僅溶于氫氟酸（HF）和熱濃硫酸，耐腐蝕性強；在空氣中加熱至1000℃以下不氧化、不分解，耐候性優(yōu)異，長期暴露在光照、雨水環(huán)境中性能無明顯衰減。

光催化活性：銳鈦礦型TiO?在紫外光照射下產(chǎn)生的光生電子-空穴對，可氧化分解有機物（如甲醛、苯）、還原重金屬離子（如Cr??→Cr3?），同時具有殺菌作用（破壞細菌細胞膜）；通過摻雜（如N摻雜）或復(fù)合（如與石墨烯復(fù)合），可將光響應(yīng)范圍擴展到可見光區(qū)域，提升光催化效率，降低對紫外光的依賴。

氧化鈦的應(yīng)用領(lǐng)域

二氧化鈦具有高折射率、高白度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和光催化活性等特點，是一種重要的工業(yè)原料。

1、涂料與塑料領(lǐng)域

作為外墻涂料、內(nèi)墻乳膠漆的白色顏料，添加量約10%-20%，可提供優(yōu)異的遮蓋力（遮蓋力約10-15g/m2）和白度，且耐候性強（外墻涂料使用壽命可達10-15年，不褪色、不粉化）；部分高端涂料會使用納米級TiO?，利用其光催化活性實現(xiàn)“自清潔功能”——雨水沖刷時，TiO?在光照下分解表面灰塵和有機物，保持墻面潔凈。在聚乙烯、聚丙烯、PVC等塑料中添加5%-15%的TiO?，可提升塑料的白度、不透明度和耐老化性，避免塑料因光照（紫外線）導(dǎo)致的脆化、變色；

2、電子與能源領(lǐng)域

摻雜Nb??（鈮）的TiO?（NTO）薄膜，具有高透光性（可見光透過率≥85%）和低電阻率（約1×10?? Ω·cm），可替代ITO作為透明導(dǎo)電電極，用于柔性顯示屏、觸摸屏；優(yōu)勢在于成本低（Nb價格遠低于In）、耐酸堿腐蝕性強，適合在惡劣環(huán)境中使用（如工業(yè)控制顯示屏）。

在染料敏化太陽能電池（DSSC）中，TiO?納米顆粒（銳鈦礦型）作為光陽極，吸附染料分子后，可高效傳輸光生電子，提升電池轉(zhuǎn)換效率（實驗室效率可達13%-15%）；鈣鈦礦太陽能電池（PSC）中，TiO?作為電子傳輸層（ETL），可減少電子復(fù)合，提升電池穩(wěn)定性，封裝后的電池在模擬陽光下工作1000小時，效率衰減率 < 5%。

納米TiO?薄膜對氣體（如H?、CO、NO?）具有高敏感性，氣體分子吸附在薄膜表面會改變其電阻，通過檢測電阻變化可實現(xiàn)氣體的定性和定量分析

3、醫(yī)療與化妝品領(lǐng)域

制備TiO?生物陶瓷，用于骨科植入物（如人工關(guān)節(jié)、骨螺釘），因TiO?生物相容性好，可與人體骨骼緊密結(jié)合（骨整合性），且耐體液腐蝕，使用壽命可達15-20年；將TiO?涂覆在醫(yī)用口罩、手術(shù)器械表面，在紫外光照射下可殺滅細菌和病毒（如新冠病毒滅活率 > 99%），降低交叉感染風險。作為物理防曬劑（俗稱 “鈦白粉”），添加在防曬霜、隔離霜中，通過反射和散射紫外線（UVA和UVB）實現(xiàn)防曬效果。

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