Principio superhidrofílico de la superficie de dióxido de titanio
Normalmente, la superficie recubierta de TiO2 tiene un gran ángulo de contacto con el agua. Sin embargo, después de la radiación UV, el ángulo de contacto del agua se reduce a menos de 5 grados, o incluso a 0 grados (es decir, las gotas de agua se difunden por completo en la superficie de Tio2). Muestra una hidrofilia muy fuerte. Después de que la luz se detenga. La superhidrofilia de la superficie se puede mantener desde varias horas hasta aproximadamente 1 semana. Luego vuelve lentamente al estado hidrofóbico antes de la irradiación. Re-irradiación con luz ultravioleta. La horquilla puede ser superhidrofílica y la radiación ultravioleta intermitente puede mantener el estado superhidrofílico de la superficie.
Inicialmente se cree que la superhidrofilia de la superficie del TiO2 comienza con la reacción de descomposición fotocatalítica de las moléculas orgánicas adsorbidas en la superficie: el agua quimisorbida en la superficie del TlO2 en sí es hidrófila. Y la adsorción de materia orgánica en el aire hace que la superficie sea hidrofóbica. Bajo irradiación de luz ultravioleta. La superficie genera fuertes grupos hidroxilo activos oxidantes, y la materia orgánica hidrofóbica es oxidada y descompuesta por los grupos hidroxilo activos a través de la reacción de descomposición fotocatalítica. Así, la superficie se vuelve hidrófila; cuando se detiene la luz, la materia orgánica se adsorbe lentamente en la superficie de TiO2 y vuelve al estado hidrofóbico.
Sin embargo, estudios posteriores muestran que la superhidrofilia de la superficie del TiO2 es diferente de la propiedad de descomposición oxidativa fotocatalítica del TiO2. Más bien, es otra reacción inducida por la luz en la propia superficie de TiO2. Las razones son las siguientes: ① El grado de superhidrofilia de la superficie de TiO2 no está relacionado con la eficiencia de fotodescomposición de la materia orgánica. En algunos monocristales o policristales de TiO2 sin actividad fotocatalítica o con actividad fotocatalítica muy baja se observan propiedades superhidrofílicas; ② algunos iones metálicos (como el cobre) pueden mejorar la reacción de oxidación fotocatalítica del TiO2. Sin embargo, reduce la propiedad superhidrofílica de la superficie de TiO2; (3) A diferencia de la superficie porosa de TiO2 y el área de reacción más grande posible requerida para la reacción de oxidación fotocatalítica. La superficie lisa y densa es más propicia para su propiedad superhidrofílica; ④ La superficie de TiO2 también tiene una gran afinidad por el aceite después de la irradiación UV y, en condiciones normales, los comercializadores de aceite como el hexadecano de etilenglicol y el trioleato de glicerilo tienen grandes ángulos de contacto con la superficie de TiO2. Pero después de la irradiación UV, estos líquidos también se infiltrarán por completo en la superficie del revestimiento de vidrio. Es decir, después de la superficie de TiO2 de irradiación UV con doble afinidad agua-aceite.
El estudio actual concluyó que. La superhidrofilia de la superficie de TiO2 en condiciones de luz se solidifica por el cambio de su hueco superficial: los electrones en la banda de valencia de TiO2 se excitan a la banda de conducción en condiciones de irradiación UV. Los electrones y los huecos migran a la superficie de TiO2 y generan pares electrón-hueco en la superficie. Los electrones reaccionan con Ti4 plus. Los agujeros reaccionan con los iones de oxígeno del puente superficial para formar iones de titanio trivalentes positivos y vacantes de oxígeno, respectivamente. En este momento. El agua del aire se disocia y se adsorbe en las vacantes de oxígeno. Se convierte en agua quimisorbida (facsímil de hidroxilo superficial). El agua quimisorbida puede adsorber aún más el agua en el aire y convertirse en una capa de adsorción física. Es decir, se forma una zona de emblema altamente hidrófila alrededor del defecto Ti3 plus. El área restante de la superficie sigue siendo hidrófoba, de modo que la superficie de TiO2 constituye una zona emblemática hidrófila y oleófila de tamaño nanométrico uniformemente separada, similar al fenómeno capilar bidimensional. Dado que el tamaño de las gotas de agua o de aceite es mucho mayor que el área de la zona hidrofílica u oleófila, la superficie macroscópica de TiO2 exhibe propiedades hidrofílicas y oleófilas. Las gotas de agua o aceite son adsorbidas por la microzona hidrófila o la zona emblemática lipófila, respectivamente. Así, la superficie se infiltra. Después de detener la radiación UV, los grupos hidroxilo quimisorbidos se reemplazan por oxígeno en el aire y regresan nuevamente al estado hidrofóbico.
