Principi superhidrofílic de superfície de diòxid de titani
Normalment, la superfície recoberta de TiO2 té un gran angle de contacte amb l'aigua. Tanmateix, després de la irradiació UV, l'angle de contacte de l'aigua es redueix a menys de 5 graus, o fins i tot a 0 graus (és a dir, les gotes d'aigua es difonen completament a la superfície Tio2). Mostra una hidrofilicitat molt forta. Després d'aturar la llum. La superhidrofilia de la superfície es pot mantenir durant diverses hores a aproximadament 1 setmana. Després torna lentament a l'estat hidrofòbic abans de la irradiació. Re-irradiació amb llum UV. La forquilla pot ser superhidrofílica i la irradiació UV intermitent pot mantenir l'estat superhidrofílic de la superfície.
Inicialment es creu que la superhidrofilia de la superfície del TiO2 parteix de la reacció de descomposició fotocatalítica de les molècules orgàniques adsorbides a la superfície: l'aigua quimiosorbida a la superfície del TlO2 és hidròfila. I l'adsorció de matèria orgànica a l'aire fa que la superfície sigui hidròfoba. Sota irradiació de llum UV. La superfície genera grups hidroxil actius oxidants forts, i la matèria orgànica hidròfoba s'oxida i descomposa pels grups hidroxil actius mitjançant la reacció de descomposició fotocatalítica. Així, la superfície es torna hidròfila; quan la llum s'atura, la matèria orgànica s'adsorbirà lentament a la superfície de TiO2 i tornarà a l'estat hidròfob.
Tanmateix, estudis posteriors mostren que la superhidrofilia de la superfície del TiO2 és diferent de la propietat de descomposició oxidativa fotocatalítica del TiO2. Més aviat, és una altra reacció induïda per la llum a la pròpia superfície de TiO2. Els motius són els següents: ① El grau de superhidrofilia de la superfície de TiO2 no està relacionat amb l'eficiència de fotodescomposició de la matèria orgànica. En alguns cristalls de TiO2 o policristalls sense activitat fotocatalítica o una activitat fotocatalítica molt baixa s'observen propietats superhidrofíliques; ② El dopatge d'alguns ions metàl·lics (com ara el coure) pot millorar la reacció d'oxidació fotocatalítica del TiO2. Tanmateix, redueix la propietat superhidrofílica de la superfície de TiO2; (3) A diferència de la superfície porosa de TiO2 i l'àrea de reacció més gran possible necessària per a la reacció d'oxidació fotocatalítica. La superfície llisa i densa és més favorable a la seva propietat superhidrofílica; ④ La superfície del TiO2 també té una gran afinitat pel petroli després de la irradiació UV i, en condicions normals, els venedors d'oli com l'hexadecà d'etilenglicol i el trioleat de gliceril tenen grans angles de contacte amb la superfície de TiO2. Però després de la irradiació UV, aquests líquids també s'infiltraran completament a la superfície del recobriment de vidre. És a dir, després de la irradiació UV superfície TiO2 amb doble afinitat aigua-oli.
L'estudi actual va concloure que. La superhidrofilia de la superfície de TiO2 en condicions de llum es solidifica pel canvi de la seva superfície buida: els electrons de la banda de valència de TiO2 s'exciten a la banda de conducció en condicions d'irradiació UV. Els electrons i els forats migren a la superfície de TiO2 i generen parells electron-forat a la superfície. Els electrons reaccionen amb Ti4 plus. Els forats reaccionen amb els ions d'oxigen del pont de superfície per formar ions de titani trivalents positius i vacants d'oxigen, respectivament. En aquest moment. L'aigua de l'aire es dissocia i s'adsorbeix a les vacants d'oxigen. Es converteix en aigua quimiosorbida (facsímil hidroxil superficial). L'aigua quimiosorbida pot adsorbir encara més l'aigua de l'aire i convertir-se en una capa d'adsorció física. És a dir, es forma una zona emblemàtica altament hidròfila al voltant del defecte Ti3 plus. L'àrea restant de la superfície continua sent hidròfoba, de manera que la superfície de TiO2 constitueix una zona d'emblema hidròfila i oleòfila de mida nanofílica uniformement separada, similar al fenomen capil·lar bidimensional. Com que la mida de l'aigua o les gotes d'oli és molt més gran que l'àrea de la zona hidròfila o oleòfila, la superfície macroscòpica de TiO2 presenta propietats hidròfiles i oleòfiles. Les gotes d'aigua o d'oli són adsorbides per la microzona hidròfila o la zona emblema lipòfila, respectivament. Així, la superfície queda infiltrada. Després d'aturar la irradiació UV, els grups hidroxil quimiosorbits es substitueixen per oxigen a l'aire i tornen a l'estat hidrofòbic.
