Badania ditlenku tytanu zainaugurowały obecność naukowców Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie (IFJ PAN) w programach badawczych realizowanych na synchrotronie SOLARIS. Pomiary, współfinansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki, przeprowadzono na stacji badawczej XAS. Ich wyniki zostały właśnie opublikowane w międzynarodowym czasopiśmie "Journal of Physical Chemistry A".

Niewiele związków jest dziś równie istotnych dla przemysłu i medycyny co ditlenek tytanu. Struktura elektronowa tlenków metali przejściowych jest istotnym czynnikiem determinującym własności chemiczne i optyczne materiałów. W przypadku tlenków metali oddziaływanie pola krystalicznego ma wpływ na kształt i obsadzenie orbitali elektronowych. W konsekwencji rozszczepienie pola krystalicznego może być czynnikiem modelującym aktywność fotochemiczną.

W wielu reakcjach chemicznych ditlenek tytanu pojawia się w roli katalizatora. Jako pigment występuje w tworzywach sztucznych, farbach czy kosmetykach, z kolei w medycznych implantach gwarantuje ich wysoką biokompatybilność.

Realizująca projekt badawczy na synchrotronie SOLARIS grupa naukowców z IFJ PAN, kierowana przez dr. hab. Jakuba Szlachetkę, podjęła badania nad procesami utleniania zewnętrznych warstw próbek tytanowych oraz związane z nimi zmiany w strukturze elektronowej tego materiału. Naukowcy swoje najnowsze pomiary naukowcy przeprowadzili na stacji badawczej XAS. Rejestrowano tu, w jaki sposób promieniowanie rentgenowskie jest pochłaniane przez warstwy powierzchniowe próbek tytanowych, wytworzonych wcześniej w starannie kontrolowanych warunkach.

- Skoncentrowaliśmy się na obserwacjach zmian struktury elektronowej powierzchniowych warstw próbek w zależności od zmian temperatury i postępu procesu utleniania. W tym celu wygrzaliśmy w różnych temperaturach i w atmosferze otoczenia dyski tytanowe, które po przetransportowaniu do stacji badawczej synchrotronu naświetlaliśmy wiązką promieniowania synchrotronowego, czyli promieniowaniem rentgenowskim. Ponieważ właściwości promieniowania synchrotronowego są doskonale znane, mogliśmy za jego pomocą precyzyjnie określić strukturę nieobsadzonych stanów elektronowych atomów tytanu i na tej podstawie wnioskować o zmianach w strukturze samego materiału - mówi doktorantka Klaudia Wojtaszek, pierwsza autorka pracy w "Journal of Physical Chemistry A".

Pełna treść artykułu Determination of Crystal-Field Splitting Induced by Thermal Oxidation of Titanium jest dostępna na stronie internetowej pubs.acs.org.