Superhidrofil TiO2 sirtlari printsipi
Odatda, TiO2 bilan qoplangan sirt suv bilan keng aloqa burchagiga ega, ammo UV nurlanishidan so'ng suvning aloqa burchagi 5 darajadan kamroqgacha kamayadi va hatto 0 darajaga yetishi mumkin (ya'ni, suv tomchilari to'liq tarqaladi. Tio2 yuzasi), juda kuchli gidrofillikni ko'rsatadi. Yorug'lik ta'sirini to'xtatgandan so'ng, sirtning supergidrofilligi bir necha soatdan bir haftagacha saqlanadi va keyin nurlanishdan oldin asta-sekin hidrofobik holatga qaytadi. Keyinchalik ultrabinafsha nurlar bilan nurlanish superhidrofil bo'lishi mumkin va intervalgacha ultrabinafsha nurlanish sirtni har doim superhidrofil holatni saqlab turishi mumkin.
Dastlab, TiO2 sirtining supergidrofilligi sirtda adsorbsiyalangan organik molekulalarning fotokatalitik parchalanishidan kelib chiqadi, deb hisoblangan: TiO2 sirtining o'zi suvning kimyoviysorbsiyasi tufayli gidrofil bo'lsa, havodagi organik moddalarning adsorbsiyasi sirtni hosil qiladi. hidrofobik. UV nurlari bilan nurlantirilganda, sirt kuchli oksidlovchi faol gidroksil guruhlarini hosil qiladi va hidrofobik organik moddalar fotokatalitik parchalanish reaktsiyasi orqali musbat gidroksil guruhlari tomonidan oksidlanadi va parchalanadi, shuning uchun sirt gidrofil holatda harakat qiladi; yorug'lik to'xtatilgach, organik moddalar TiO2 yuzasida asta-sekin adsorbsiyalanadi va hidrofobik holatga qaytadi. Shunga qaramay, TiO2 sirtining supergidrofilligi TiO2 ning fotokatalitik oksidlanishi va parchalanishidan farq qilishi, aksincha, bu TiO2 sirtining o'zida yorug'lik ta'sirida yuzaga keladigan reaktsiyaning yana bir turi ekanligi ko'rsatilgan. Quyidagi sabablarga ko'ra: ① TiO2 sirtining supergidrofilligi organik moddalarning fotoparchalanish samaradorligi bilan bog'liq emas. Fotokatalitik faolligi yo'q yoki juda past fotokatalitik faolligi bo'lmagan ba'zi TiO2 monokristallari yoki polikristallarida kuzatilgan; ② Ba'zi metall ionlari (masalan, mis) doping TiO2 ning fotokatalitik oksidlanish reaktsiyasini yaxshilaydi, shu bilan birga TiO2 sirtining supergidrofil xususiyatini kamaytiradi; ③ Gözenekli TiO2 yuzasidan va fotokatalitik oksidlanish reaktsiyasi uchun zarur bo'lgan eng katta reaksiya maydonidan farqli o'laroq, silliq va zich sirt uning supergidrofil xususiyatiga ko'proq mos keladi. Oddiy sharoitlarda etilen glikol heksadekan va glitseril trioleat kabi yog'li jismlar TiO2 yuzasi bilan katta aloqa burchagiga ega. Biroq, UV nurlanishidan so'ng, bu suyuqliklar shisha qoplama yuzasiga to'liq infiltratsiya qilinadi, ya'ni UV nurlanishidan so'ng TiO2 yuzasi suv-moy amfifil faolligi bilan.
Yorug'lik sharoitida TiO2 sirtining o'ta gidrofilligi uning sirt tuzilishidagi o'zgarishlar bilan mustahkamlanadi, deb ishoniladi: UV nurlanish sharoitida TiO2 valentlik zonasining elektronlari o'tkazuvchanlik zonasiga qo'zg'atiladi, elektronlar va teshiklar TiO2 yuzasiga ko'chib, elektron hosil qiladi. - sirtdagi teshik juftlari, elektronlar Ti4 plyus bilan reaksiyaga kirishadi, teshiklar mos ravishda ijobiy uch valentli titan ionlari va kislorod vakansiyalarini hosil qiluvchi sirt kislorod ionlari bilan reaksiyaga kirishadi. Bunda havodagi suv kislorod vakansiyasida dissotsiatsiyalanadi va adsorbsiyalanadi, xemisorblangan sirt (sirt gidroksil guruhi) hosil qiladi. Bu kimyosorbtsiya yuzasi havodagi suvni yanada adsorbsiyalashi va fizik adsorbsion qatlam hosil qilishi mumkin, ya'ni Ti3 plyus nuqsoni atrofida yuqori darajada hidrofilik emblema zonasi hosil bo'ladi, sirtning qolgan qismi esa hidrofobik bo'lib qoladi va shu bilan bir xil rayonlashtirilgan nano-o'lchamdagi ajratilgan. TiO2 yuzasida ikki o'lchovli kapillyar hodisaga o'xshash hidrofilik va oleofil timsol zonasi. Suv yoki yog 'tomchilarining kattaligi gidrofil yoki oleofil maydondan ancha katta bo'lganligi sababli, makroskopik TiO2 yuzasi hidrofil va oleofil xususiyatlarni namoyon qiladi. Suv yoki moy tomchilari mos ravishda gidrofil mikromintaqa yoki lipofil emblematik mintaqa tomonidan adsorbsiyalanadi va shu tariqa sirtga infiltratsiya qilinadi. UV nurlanishi to'xtatilgach, kimyoviy so'rilgan gidroksil guruhlari havodagi kislorod bilan almashtiriladi va hidrofobik holatga qaytadi.
