Superhydrophiles Prinzip der Titandioxid-Oberfläche
Normalerweise hat die mit TiO2 beschichtete Oberfläche einen großen Kontaktwinkel mit Wasser. Nach der UV-Bestrahlung wird der Kontaktwinkel von Wasser jedoch auf weniger als 5 Grad oder sogar auf 0 Grad reduziert (dh Wassertröpfchen werden vollständig auf der Tio2-Oberfläche diffundiert). Es zeigt eine sehr starke Hydrophilie. Nachdem das Licht gestoppt wurde. Die Superhydrophilie der Oberfläche kann mehrere Stunden bis etwa 1 Woche aufrechterhalten werden. Dann kehrt es vor der Bestrahlung langsam in den hydrophoben Zustand zurück. Wiederbestrahlung mit UV-Licht. Die Gabel kann superhydrophil sein, und intermittierende UV-Bestrahlung kann den superhydrophilen Zustand der Oberfläche aufrechterhalten.
Es wird zunächst angenommen, dass die Superhydrophilie der TiO2-Oberfläche von der photokatalytischen Zersetzungsreaktion von an der Oberfläche adsorbierten organischen Molekülen ausgeht: Das chemisorbierte Wasser auf der Oberfläche von TlO2 selbst ist hydrophil. Und die Adsorption organischer Stoffe in der Luft macht die Oberfläche hydrophob. Unter UV-Licht-Bestrahlung. Die Oberfläche erzeugt stark oxidierende aktive Hydroxylgruppen, und das hydrophobe organische Material wird durch die aktiven Hydroxylgruppen durch die photokatalytische Zersetzungsreaktion oxidiert und zersetzt. Dadurch wird die Oberfläche hydrophil; Wenn das Licht gestoppt wird, wird das organische Material langsam auf der TiO2-Oberfläche adsorbiert und kehrt in den hydrophoben Zustand zurück.
Weitere Studien zeigen jedoch, dass sich die Superhydrophilie der TiO2-Oberfläche von der photokatalytischen oxidativen Zersetzungseigenschaft von TiO2 unterscheidet. Vielmehr handelt es sich um eine weitere lichtinduzierte Reaktion auf der TiO2-Oberfläche selbst. Die Gründe sind wie folgt: ① Der Grad der Superhydrophilie der TiO2-Oberfläche steht in keinem Zusammenhang mit der Photozersetzungseffizienz von organischem Material. Bei einigen TiO2-Einkristallen oder -Polykristallen ohne photokatalytische Aktivität oder mit sehr geringer photokatalytischer Aktivität werden superhydrophile Eigenschaften beobachtet; ② Dotierung mit einigen Metallionen (z. B. Kupfer) kann die photokatalytische Oxidationsreaktion von TiO2 verbessern. Es verringert jedoch die superhydrophile Eigenschaft der TiO2-Oberfläche; (3) Anders als die poröse TiO2-Oberfläche und die größtmögliche Reaktionsfläche, die für eine photokatalytische Oxidationsreaktion erforderlich ist. Die glatte und dichte Oberfläche ist seiner superhydrophilen Eigenschaft förderlicher; ④ Die Oberfläche von TiO2 hat nach UV-Bestrahlung auch eine große Affinität zu Öl, und unter normalen Bedingungen haben ölige Vermarkter wie Ethylenglycolhexadecan und Glyceryltrioleat große Kontaktwinkel mit der TiO2-Oberfläche. Aber auch diese Flüssigkeiten werden nach der UV-Bestrahlung vollständig in die Glasbeschichtungsoberfläche eingedrungen sein. Das heißt, nach UV-Bestrahlung TiO2-Oberfläche mit Wasser-Öl-Doppelaffinität.
Das hat die aktuelle Studie ergeben. Die Superhydrophilie der TiO2-Oberfläche unter Lichtbedingungen wird durch die Änderung ihrer Oberflächenaushöhlung verfestigt: Die Elektronen im Valenzband von TiO2 werden unter UV-Bestrahlungsbedingungen zum Leitungsband angeregt. Elektronen und Löcher wandern zur TiO2-Oberfläche und erzeugen Elektron-Loch-Paare auf der Oberfläche. Die Elektronen reagieren mit Ti4 plus . Die Löcher reagieren mit den Sauerstoffionen der Oberflächenbrücke, um positive dreiwertige Titanionen bzw. Sauerstoffleerstellen zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt. Das Wasser in der Luft wird dissoziiert und in den Sauerstoffleerstellen adsorbiert. Es wird zu chemisorbiertem Wasser (Oberflächenhydroxyl-Faksimile). Das chemisorbierte Wasser kann das Wasser in der Luft weiter adsorbieren und zu einer physikalischen Adsorptionsschicht werden. Das heißt, eine stark hydrophile Emblemzone wird um den Ti3-Plus-Defekt herum gebildet. Der restliche Bereich der Oberfläche bleibt hydrophob, so dass die TiO2-Oberfläche ähnlich wie beim zweidimensionalen Kapillarphänomen eine nanoskalig getrennte hydrophile und oleophile Emblemzone darstellt. Da die Größe von Wasser- oder Öltröpfchen viel größer ist als die Fläche der hydrophilen oder oleophilen Zone, weist die makroskopische TiO2-Oberfläche hydrophile und oleophile Eigenschaften auf. Die Wasser- oder Öltropfen werden von der hydrophilen Mikrozone bzw. der lipophilen Emblemzone adsorbiert. Dadurch wird die Oberfläche infiltriert. Nach Beendigung der UV-Bestrahlung werden die chemisorbierten Hydroxylgruppen durch Luftsauerstoff ersetzt und gehen wieder in den hydrophoben Zustand über.
