Princípio Superhidrofílico da Superfície de Dióxido de Titânio
Normalmente, a superfície revestida com TiO2 tem um grande ângulo de contato com a água. No entanto, após a irradiação UV, o ângulo de contato da água é reduzido para menos de 5 graus, ou mesmo para 0 graus (isto é, as gotas de água são completamente difundidas na superfície do Tio2). Apresenta hidrofilicidade muito forte. Depois que a luz é parada. A superhidrofilicidade da superfície pode ser mantida por várias horas até cerca de 1 semana. Em seguida, ele retorna lentamente ao estado hidrofóbico antes da irradiação. Re-irradiação com luz UV. O garfo pode ser superhidrofílico e a irradiação UV intermitente pode manter o estado superhidrofílico da superfície.
Acredita-se inicialmente que a superhidrofilicidade da superfície do TiO2 começa a partir da reação de decomposição fotocatalítica de moléculas orgânicas adsorvidas na superfície: a água quimisorvida na superfície do próprio TlO2 é hidrofílica. E a adsorção de matéria orgânica no ar torna a superfície hidrofóbica. Sob irradiação de luz UV. A superfície gera fortes grupos hidroxila ativos oxidantes, e a matéria orgânica hidrofóbica é oxidada e decomposta pelos grupos hidroxila ativos através da reação de decomposição fotocatalítica. Assim, a superfície torna-se hidrofílica; quando a luz é interrompida, a matéria orgânica será adsorvida lentamente na superfície do TiO2 e retornará ao estado hidrofóbico.
No entanto, estudos posteriores mostram que a superhidrofilicidade da superfície do TiO2 é diferente da propriedade fotocatalítica de decomposição oxidativa do TiO2. Em vez disso, é outra reação induzida pela luz na própria superfície do TiO2. As razões são as seguintes: ① O grau de superhidrofilicidade da superfície do TiO2 não está relacionado à eficiência da fotodecomposição da matéria orgânica. Em alguns monocristais ou policristais de TiO2 sem atividade fotocatalítica ou com atividade fotocatalítica muito baixa são observadas propriedades superhidrófilas; ② A dopagem de alguns íons metálicos (como o cobre) pode melhorar a reação de oxidação fotocatalítica do TiO2. No entanto, reduz a propriedade superhidrófila da superfície do TiO2; (3) Ao contrário da superfície porosa do TiO2 e da maior área de reação possível necessária para a reação de oxidação fotocatalítica. A superfície lisa e densa é mais propícia à sua propriedade superhidrofílica; ④ A superfície do TiO2 também tem grande afinidade com o óleo após a irradiação UV e, em condições normais, os comerciantes oleosos, como etileno glicol hexadecano e trioleato de glicerila, têm grandes ângulos de contato com a superfície do TiO2. Mas após a irradiação UV, esses líquidos também serão completamente infiltrados na superfície do revestimento de vidro. Ou seja, após a irradiação UV, o TiO2 superfície com dupla afinidade água-óleo.
O estudo atual concluiu isso. A superhidrofilicidade da superfície do TiO2 sob condições de luz é solidificada pela mudança de sua cavidade superficial: os elétrons na banda de valência do TiO2 são excitados para a banda de condução sob condições de irradiação UV. Elétrons e buracos migram para a superfície do TiO2 e geram pares elétron-buraco na superfície. Os elétrons reagem com Ti4 plus. Os buracos reagem com os íons de oxigênio da ponte de superfície para formar íons de titânio trivalentes positivos e vacâncias de oxigênio, respectivamente. Neste momento. A água no ar é dissociada e adsorvida nas vagas de oxigênio. Torna-se água quimisorvida (fax-símile de hidroxila de superfície). A água adsorvida quimicamente pode adsorver ainda mais a água no ar e se tornar uma camada de adsorção física. Ou seja, uma zona de emblema altamente hidrofílica é formada em torno do defeito de Ti3 plus. A área restante da superfície permanece hidrofóbica, de modo que a superfície do TiO2 constitui uma zona de emblema hidrofílica e oleofílica de tamanho nano uniformemente separada, semelhante ao fenômeno capilar bidimensional. Como o tamanho da água ou das gotículas oleosas é muito maior do que a área da zona hidrofílica ou oleofílica, a superfície macroscópica do TiO2 exibe propriedades hidrofílicas e oleofílicas. As gotas de água ou óleo são adsorvidas pela microzona hidrofílica ou pela zona emblema lipofílica, respectivamente. Assim, a superfície é infiltrada. Depois de interromper a irradiação UV, os grupos hidroxila quimisorvidos são substituídos por oxigênio no ar e retornam ao estado hidrofóbico novamente.
