纳米级的【亚氧化钛Ti4O7】vs【二氧化钛TiO2】

来源：广州宏武材料科技有限公司     发布时间：2025-06-25浏览量：次

亚氧化钛/七氧化四钛（Ti₄O₇)属于非化学计量比氧化物（Non-stoichiometric oxides），是钛氧化物家族中的特殊成员。它与常规氧化物（如TiO₂）在结构、性能和应用上存在显著差异。以下是详细解析：

一、亚氧化钛的“氧化物”属性

1. 化学组成

   • 通式：TinO₂ₙ₋₁（n=4–10），如Ti₄O₇（n=4）、Ti₅O₉（n=5）等，氧原子数低于化学计量比（TiO₂）。
   • 氧空位有序化：晶体中氧空位（□）呈周期性排列，形成导电通道（如Ti₄O₇中每7个氧位缺失1个）。

2. 与常见钛氧化物的对比

   性质	亚氧化钛（Ti₄O₇）	二氧化钛（TiO₂）
   氧含量	缺氧型（O/Ti=1.75）	化学计量比（O/Ti=2）
   导电性	金属导体（1000–1500 S/cm）	半导体（10⁻⁶ S/cm）
   颜色	蓝黑色	白色（锐钛&金红石相）
   应用侧重	电极、催化、导电材料	颜料、光催化、防晒剂

二、亚氧化钛的独特性质

1. 导电机制

   • 氧空位导带：氧缺失导致Ti³⁺/Ti⁴⁺混合价态，形成离域电子（如Ti₄O₇中Ti³⁺占比25%）。
   • 类金属性：电阻率低至10⁻⁴ Ω·cm，接近金属钛（1.7×10⁻⁶ Ω·cm）。

2. 稳定性

   • 耐腐蚀：在pH 1–14的酸碱溶液中稳定（优于石墨和碳材料）。
   • 抗氧化：600°C以下保持结构稳定，高温下逐步氧化为TiO₂。

3. 催化活性

   • 双功能催化：兼具氧化（如OER）和还原（如HER）活性，析氧过电位比IrO₂低15%。

三、为何归类为“氧化物”而非其他化合物？

1. 结构基础
   • 主体为[TiO₆]八面体共顶点/共边连接，与金红石（TiO₂）同源，仅氧空位浓度不同。
2. 命名规则
   • 国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）将非化学计量比化合物（如Fe₀.₉₅O）仍归为氧化物。

四、应用中的氧化物特性体现

1. 电极材料
   • 用作燃料电池阴极（替代Pt），利用其高导电性和耐腐蚀性。
2. 环境修复
   • 通过氧空位活化H₂O₂（•OH产率比TiO₂高20倍），降解有机污染物。
3. 电子器件
   • 制备透明导电薄膜（可见光透过率>80%，方电阻<100 Ω/sq）。

五、常见疑问解答

• Q：亚氧化钛是否属于“混合价态氧化物”？
  A：是的，Ti³⁺/Ti⁴⁺共存是其导电性的关键（类似Fe₃O₄中的Fe²⁺/Fe³⁺）。
• Q：能否通过TiO₂还原制备亚氧化钛？
  A：需精确控制条件，避免过度还原生成Ti₂O₃或TiO。

总结

亚氧化钛是一类具有氧缺陷的功能性氧化物，其金属级导电性、催化活性和稳定性源于独特的非化学计量比结构。它在能源、环保等领域不可替代的价值，正推动对氧化物缺陷化学的深入研究。