Principe superhydrophile de la surface du dioxyde de titane
Normalement, la surface revêtue de TiO2 a un grand angle de contact avec l'eau. Cependant, après irradiation UV, l'angle de contact de l'eau est réduit à moins de 5 degrés, voire à 0 degrés (c'est-à-dire que les gouttelettes d'eau sont complètement diffusées sur la surface de Tio2). Il présente une très forte hydrophilie. Après que la lumière soit arrêtée. La superhydrophilie de la surface peut être maintenue pendant plusieurs heures à environ 1 semaine. Puis il revient lentement à l'état hydrophobe avant irradiation. Ré-irradiation avec de la lumière UV. La fourche peut être superhydrophile et une irradiation UV intermittente peut maintenir l'état superhydrophile de la surface.
On pense initialement que la superhydrophilie de la surface de TiO2 commence à partir de la réaction de décomposition photocatalytique des molécules organiques adsorbées à la surface : l'eau chimisorbée à la surface de TlO2 elle-même est hydrophile. Et l'adsorption de matière organique dans l'air rend la surface hydrophobe. Sous irradiation aux UV. La surface génère des groupes hydroxyle actifs fortement oxydants, et la matière organique hydrophobe est oxydée et décomposée par les groupes hydroxyle actifs via la réaction de décomposition photocatalytique. Ainsi, la surface devient hydrophile ; lorsque la lumière est arrêtée, la matière organique sera lentement adsorbée sur la surface de TiO2 et reviendra à l'état hydrophobe.
Cependant, d'autres études montrent que la superhydrophilie de la surface du TiO2 est différente de la propriété de décomposition oxydative photocatalytique du TiO2. Il s'agit plutôt d'une autre réaction induite par la lumière sur la surface de TiO2 elle-même. Les raisons sont les suivantes : ① Le degré de superhydrophilie de la surface de TiO2 n'est pas lié à l'efficacité de la photodécomposition de la matière organique. Dans certains monocristaux ou polycristaux de TiO2 sans activité photocatalytique ou très faible activité photocatalytique, on observe des propriétés superhydrophiles ; ② le dopage de certains ions métalliques (comme le cuivre) peut améliorer la réaction d'oxydation photocatalytique du TiO2. Cependant, cela réduit la propriété superhydrophile de la surface de TiO2 ; (3) Contrairement à la surface poreuse de TiO2 et à la plus grande zone de réaction possible requise pour la réaction d'oxydation photocatalytique. La surface lisse et dense est plus propice à sa propriété superhydrophile ; ④ La surface de TiO2 a également une grande affinité pour l'huile après irradiation UV, et dans des conditions normales, les agents de commercialisation huileux tels que l'hexadécane d'éthylène glycol et le trioleate de glycéryle ont de grands angles de contact avec la surface de TiO2. Mais après irradiation UV, ces liquides seront également complètement infiltrés dans la surface du revêtement de verre. C'est-à-dire, après irradiation UV, surface de TiO2 avec une double affinité eau-huile.
L'étude actuelle a conclu que. La superhydrophilie de la surface de TiO2 dans des conditions de lumière est solidifiée par le changement de son évidement de surface : les électrons dans la bande de valence de TiO2 sont excités vers la bande de conduction dans des conditions d'irradiation UV. Les électrons et les trous migrent vers la surface de TiO2 et génèrent des paires électron-trou à la surface. Les électrons réagissent avec Ti4 plus. Les trous réagissent avec les ions oxygène du pont de surface pour former des ions titane trivalents positifs et des lacunes d'oxygène, respectivement. En ce moment. L'eau de l'air est dissociée et adsorbée dans les lacunes d'oxygène. Il devient de l'eau chimisorbée (fac-similé d'hydroxyle de surface). L'eau chimisorbée peut encore adsorber l'eau dans l'air et devenir une couche d'adsorption physique. C'est-à-dire qu'une zone d'emblème hautement hydrophile est formée autour du défaut Ti3 plus. La zone restante de la surface reste hydrophobe, de sorte que la surface de TiO2 constitue une zone d'emblème hydrophile et oléophile de taille nanométrique uniformément séparée, similaire au phénomène capillaire bidimensionnel. Étant donné que la taille des gouttelettes d'eau ou d'huile est beaucoup plus grande que la zone de la zone hydrophile ou oléophile, la surface macroscopique de TiO2 présente des propriétés hydrophiles et oléophiles. Les gouttes d'eau ou d'huile sont respectivement adsorbées par la micro-zone hydrophile ou la zone d'emblème lipophile. Ainsi, la surface est infiltrée. Après l'arrêt de l'irradiation UV, les groupements hydroxyles chimisorbés sont remplacés par l'oxygène de l'air et reviennent à l'état hydrophobe.
