超親水性 TiO2 表面の原理
通常、TiO2 コーティングされた表面は水との広い接触角を持っていますが、UV 照射後、水の接触角は 5 度未満に減少し、0 度に達することさえあります (つまり、水滴は表面上で完全に拡散します)。 Tio2 表面）、非常に強力な親水性を示します。 光照射を停止すると、表面の超親水性は数時間から1週間維持され、その後ゆっくりと照射前の疎水性に戻ります。 さらに紫外線を照射すると超親水性になり、紫外線を断続的に照射することで表面を常に超親水性の状態に保つことができます。
TiO2 表面の超親水性は、表面に吸着した有機分子が光触媒によって分解されることに起因すると当初考えられていました。疎水性。 紫外線が照射されると、表面は強力な酸化活性水酸基を生成し、疎水性有機物は光触媒分解反応により正の水酸基によって酸化分解され、表面は親水性の状態になります。 光を止めると、有機物は徐々に TiO2 表面に吸着し、疎水性の状態に戻ります。 それにもかかわらず、TiO2 表面の超親水性は、TiO2 の光触媒酸化および分解とは異なり、むしろ、TiO2 表面自体の光によって引き起こされる別の種類の反応であることが示されています。 以下の理由により： ① TiO2 表面の超親水性は、有機物の光分解効率とは関係ありません。 これは、光触媒活性がない、または光触媒活性が非常に低いいくつかの TiO2 単結晶または多結晶で観察されています。 ② 一部の金属イオン（銅など）のドーピングは、TiO2 表面の超親水性を低下させながら、TiO2 の光触媒酸化反応を改善することができます。 ③ 多孔質の TiO2 表面と光触媒酸化反応に必要な最大の反応面積とは異なり、滑らかで緻密な表面は、その超親水性をより助長します。 通常の条件下では、エチレングリコール ヘキサデカンやグリセリル トリオレートなどの油状体は、TiO2 表面との接触角が大きくなります。 ただし、UV照射後、これらの液体はガラスコーティング表面、つまりUV照射後、水-油両親媒性活性を持つTiO2表面にも完全に浸透します。
光条件下での TiO2 表面の超親水性は、表面構造の変化によって固化すると考えられています。UV 照射条件下では、TiO2 価電子帯の電子が伝導帯に励起され、電子と正孔が TiO2 表面に移動し、電子が生成されます。 - 表面の正孔対、電子は Ti4 plus と反応し、正孔は表面の酸素イオンと反応し、正の三価チタンイオンと酸素空孔をそれぞれ形成します。 このとき、空気中の水分が解離して酸素空孔に吸着し、化学吸着面（表面水酸基）を形成します。 この化学吸着表面は、空気中の水をさらに吸着し、物理吸着層を形成することができます。つまり、Ti3 プラス欠陥の周囲に親水性の高いエンブレム ゾーンが形成されますが、表面の残りの領域は疎水性のままであり、したがって、均一にゾーン化されたナノサイズの分離されたゾーンを構成します。二次元の毛細管現象に似た、TiO2 表面の親水性および親油性のエンブレム ゾーン。 水または油滴のサイズは親水性または親油性領域よりもはるかに大きいため、巨視的な TiO2 表面は親水性および親油性特性を示します。 水滴または油滴は、それぞれ親水性マイクロ領域または親油性象徴領域によって吸着され、表面に浸透します。 紫外線の照射を止めると、化学吸着した水酸基が空気中の酸素に置き換わり、疎水性に戻ります。
