Titaandioxide Oppervlak Superhydrofiel Principe
Normaal gesproken heeft het TiO2-gecoate oppervlak een grote contacthoek met water. Echter, na UV-bestraling wordt de contacthoek van water verkleind tot minder dan 5 graden, of zelfs tot 0 graden (dwz waterdruppels worden volledig verspreid op het Tio2-oppervlak). Het vertoont een zeer sterke hydrofiliciteit. Nadat het licht is gestopt. De superhydrofiliciteit van het oppervlak kan enkele uren tot ongeveer 1 week worden gehandhaafd. Daarna keert het langzaam terug naar de hydrofobe toestand vóór bestraling. Opnieuw bestralen met UV-licht. De vork kan superhydrofiel zijn en intermitterende UV-straling kan de superhydrofiele toestand van het oppervlak behouden.
Aanvankelijk wordt aangenomen dat de superhydrofiliciteit van het TiO2-oppervlak begint bij de fotokatalytische ontledingsreactie van organische moleculen die op het oppervlak zijn geadsorbeerd: het gechemischsorbeerde water op het oppervlak van TlO2 zelf is hydrofiel. En de adsorptie van organisch materiaal in de lucht maakt het oppervlak hydrofoob. Onder UV-lichtbestraling. Het oppervlak genereert sterk oxiderende actieve hydroxylgroepen en het hydrofobe organische materiaal wordt geoxideerd en afgebroken door de actieve hydroxylgroepen door de fotokatalytische ontledingsreactie. Zo wordt het oppervlak hydrofiel; wanneer het licht wordt gestopt, zal de organische stof langzaam worden geadsorbeerd op het TiO2-oppervlak en terugkeren naar de hydrofobe toestand.
Verdere studies tonen echter aan dat de superhydrofiliciteit van het TiO2-oppervlak verschilt van de fotokatalytische oxidatieve ontledingseigenschap van TiO2. Het is eerder een andere reactie die wordt veroorzaakt door licht op het TiO2-oppervlak zelf. De redenen zijn als volgt: ① De mate van superhydrofiliciteit van het TiO2-oppervlak is niet gerelateerd aan de fotodecompositie-efficiëntie van organisch materiaal. In sommige TiO2 monokristallen of polykristallen zonder fotokatalytische activiteit of zeer lage fotokatalytische activiteit worden superhydrofiele eigenschappen waargenomen; ② doping van sommige metaalionen (zoals koper) kan de fotokatalytische oxidatiereactie van TiO2 verbeteren. Het vermindert echter de superhydrofiele eigenschap van het TiO2-oppervlak; (3) In tegenstelling tot het poreuze TiO2-oppervlak en het grootst mogelijke reactieoppervlak dat nodig is voor een fotokatalytische oxidatiereactie. Het gladde en dichte oppervlak is meer bevorderlijk voor zijn superhydrofiele eigenschap; ④ Het oppervlak van TiO2 heeft ook een grote affiniteit voor olie na UV-bestraling, en onder normale omstandigheden hebben olieachtige marketeers zoals ethyleenglycolhexadecaan en glyceryltrioleaat grote contacthoeken met het TiO2-oppervlak. Maar na UV-bestraling zullen ook deze vloeistoffen volledig in het glascoatingoppervlak worden geïnfiltreerd. Dat wil zeggen, na UV-bestraling TiO2-oppervlak met dubbele affiniteit voor water en olie.
De huidige studie concludeerde dat. De superhydrofiliciteit van het TiO2-oppervlak onder lichtomstandigheden wordt versterkt door de verandering van de uitholling van het oppervlak: de elektronen in de valentieband van TiO2 worden geëxciteerd naar de geleidingsband onder UV-bestralingsomstandigheden. Elektronen en gaten migreren naar het TiO2-oppervlak en genereren elektron-gatparen op het oppervlak. De elektronen reageren met Ti4 plus. De gaten reageren met de oppervlaktebrug zuurstofionen om respectievelijk positieve driewaardige titaniumionen en zuurstofvacatures te vormen. Momenteel. Het water in de lucht wordt gedissocieerd en geadsorbeerd in de zuurstofvacatures. Het wordt chemisorbed water (oppervlak hydroxyl facsimile). Het chemisorbed water kan het water in de lucht verder adsorberen en een fysieke adsorptielaag worden. Dat wil zeggen, er wordt een sterk hydrofiele embleemzone gevormd rond het Ti3 plus defect. Het resterende gebied van het oppervlak blijft hydrofoob, zodat het TiO2-oppervlak een gelijkmatig gescheiden hydrofiele en oleofiele embleemzone van nanogrootte vormt, vergelijkbaar met het tweedimensionale capillaire fenomeen. Aangezien de grootte van water- of oliedruppeltjes veel groter is dan het gebied van de hydrofiele of oleofiele zone, vertoont het macroscopische TiO2-oppervlak hydrofiele en oleofiele eigenschappen. De water- of oliedruppels worden geadsorbeerd door respectievelijk de hydrofiele microzone of de lipofiele embleemzone. Zo wordt het oppervlak geïnfiltreerd. Na het stoppen van de UV-bestraling worden de chemisch gesorbeerde hydroxylgroepen vervangen door zuurstof in de lucht en keren ze weer terug naar de hydrofobe toestand.
