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Dioxido de Titanio
La ciencia de superficies de óxidos metálicos es un campo relativamente joven y su interés se ha venido incrementando rápidamente. En particular, el dióxido de titanio ha sido uno de los materiales más atractivos en la investigación experimental en las últimas décadas debido a su importancia científica y tecnológica. Una fuerza que impulsa la investigación del TiO2 es suamplio rango de aplicaciones y la expectativa en las propiedades superficiales sobre el fundamento que ayuda a mejorar materiales y el funcionamiento de dispositivos en dichos campos.
Propiedades y aplicaciones del TiO2
Las propiedades superficiales juegan un papel importante en las extensivas aplicaciones del TiO2, algunas de las propiedades de este son las siguientes:
Su estequiometria real esTiO2 lo que le convierte en un semiconductor tipo n con un valor de Eg de 3.03 eV para el rutilo y 3.2 eV para la anatasa. Ambos corresponden a longitudes de onda en la región del ultravioleta y son sensibles a múltiples factores como el tamaño del cristal, presencia de defectos o impurezas en el material, y métodos de síntesis.
Es químicamente estable y no es atacado por la mayoría de los agentesorgánicos e inorgánicos, excepto por los ácidos sulfúrico o fluorhídrico concentrados, o bien por ataque de solidos fundidos ácidos o básicos. A temperaturas elevadas los átomos Ti4+ son reducidos a Ti3+ por especies reductoras como CO, H2 y NH3, proceso asociado a un cambio de color, desde el blanco característico a violeta.
Elevada resistencia a la fotocorrosión. Solo en medios fuertementeácidos con iones sulfato se ha detectado un deterioro mayor bajo irradiación.
Es un anfótero, mostrando un carácter ácido y básico débiles, con un punto isoeléctrico en torno a pH= 6.5 (variable según el método de preparación).
La superficie del TiO2 es polar y, por tanto, hidrofilia. En contacto con el agua, esta es quimisorbida y disociada provocando la hidroxilación superficial del TiO2 generandogrupo –OH de diferentes grados de reactividad en función de su localización.
Así mismo, tiene una notable capacidad de adsorción de numerosos compuestos, tanto de naturaleza orgánica como inorgánica.
Posee elevados valores de constante dieléctrica (>100) e incide de refracción (n=2.54 para la anatasa y 2.75 para el rutilo, ambos a =550 nm).
Es inocuo, no implicando en su manejo ningún riesgopara la salud humana ni el medio ambiente.
Gracias a las propiedades químicas, ópticas, dieléctricas y semiconductores del TiO2 sus aplicaciones se han extendido a muy diversos campos científicos y tecnológicos.
Más del 80% de la producción del rutilo está destinada a su utilización como pigmento blanco en pinturas, papel, cerámicas, vidrios, cosméticos, etc.
Fabricación de aparatos electrónicostales como sensores de gas, células fotovoltaicas y dispositivos de memoria.
Construcción de superficies autolimpiables, para esterilizar espacios cerrados o con fines estéticos: recubrimiento de salas de hospitales, fachadas de edificios, etc.
Componente de parabrisas, escaparates y espejos, para evitar la formación de nieblas, aprovechando su fuerte carácter hidrofóbico.
Soporte catalítico deotras fases activas: a) metales nobles como Pt, en reacciones de hidrogenación, o b) otros óxidos tales como los de Mo, W y V, en procesos de oxidación selectiva de hidrocarburos, reducción catalítica selectiva SCR (“Selective Catalytic Reduction”) de NOX, descomposición de 2-propanol, etc.
Fotocatalizador para la purificación de corrientes gaseosas o efluentes líquidos, de carga contaminantemoderada-baja y con caudales de operación relativamente bajos.
Estructura cristalina de TiO2
El dióxido de titanio es un material policristalino que posee diferentes fases cristalinas. Las estructuras más reportadas son: anatasa, rutilo y brookita. Otra fase no menos importante, pero que nada se ha reportado sobre su influencia en la actividad fotocatalítica, pero que nada se ha reportado sobre...