1.2.2 二氧化钛晶体结构的简介

目前在自然界中TiO2存在着三种同素异形体结构[7]：锐钛矿型和金红石型以及板钛型，在这以上的三种晶体中的稳定性中，其中板钛型晶体结构的稳定性最差，相比之下金红石型晶体结构稳定性最好。因为板钛型的晶体不稳定，容易分解。锐钛矿型和金红石型这两种结晶状态便为TiO2主要两种晶型，如图所示是锐钛矿型和金红石型晶体结构：

图1-1金红石型和锐钛矿型晶体结构

Fig 1-1 Rutile and anatase crystal structures

（左图:金红石型,右图：锐钛矿型，图中大原子代表氧原子，小的原子代表钛原子）

TiO2的金红石型晶体和锐钛矿型的结构相比较可以得到：金红石型晶体有着稳定的化学性质，不容易发生化学变化从而结构稳定；具有着高的密度、硬度、折射率和介电常数，着色力和遮盖力等物理性质[8]。但是就光电性能而言：禁带宽度可以说明同物质的同素异构体的光电性能,禁带宽度小的光电转换性能好，在TiO2禁带宽度中，锐钛矿型晶体禁带宽度是3．2eV，金红石相晶体禁带宽度是3.0eV，锐钛矿型的禁带宽度小，所以由禁带宽度角度则可以解释：在对紫外光的吸收中，TiO2的锐钛矿型晶型比金红石晶型好。锐钛矿型的光电转换性能会优于金红石型[9]。

1.2.3 TiO2的光生阴极保护作用原理

TiO2薄膜在紫外光激发下对金属具有光生阴极保护，这是一种非牺牲阳极和非外加电流并且可以防止基体金属腐蚀的新型技术，在防金属腐蚀方面拥有着广阔的使用前景[10]。当TiO2涂层涂覆于金属基体上时候，不仅可以用来当隔离层去隔开金属与外界环境介质，从而去抑制金属基体的腐蚀，并且在有光照射下可以产生阴极保护效果。

图1-2为TiO2涂层的光致阴极保护原理。

Fig 1-2 Principle of Cathodic Protection for TiO2 Coating

当TiO2金红石型晶体和TiO2锐钛矿型晶体在波长小到一定程度的紫外光照射时，TiO2价带中的电子（e-）便会捕获光子的能量使得能量增高而跃迁到导带上，便生成了光生电子(e-)，光生电子（e-）有比较强的还原性，而价带中由于电子的跃迁，就在跃迁电子的空位上，相应产生光生空穴(h+)，光生空穴（h+）拥有比较强的氧化性。当TiO2涂覆到金属表面制作TiO2涂层时候，用紫外光照射，光照到涂层上会激发产生的光生电子（e-）．从导带上进入到金属中去，从而使得金属基体的电极电位下降，来保护金属不被腐蚀，TiO2涂层在受到光照时候，TiO2半导体会被激发产生光生电子和空穴，光生电子和空穴可以自由的移动，当e-和h+迁移到TiO2半导体的表面并且能与周围介质接触发生了氧化还原反应，这则可以说明表现出了光电效应，除了会与周围环境结合发生氧化还原反应之外，产生的光生电子(e-)和空穴(h+)也非常容易相结合，两者的反应的产生的能量将会以热量的方式散失掉[11]，说明：TiO2半导体表面的载流子的迁徙移动速率和光生电子(e-)与空穴(h+)两者的复合速率比共同决定了光阴极保护效果。