二酸化チタン表面の超親水性原理
通常、TiO2 でコーティングされた表面は、水との接触角が大きくなります。 しかし、UV 照射後、水の接触角は 5 度未満、または 0 度まで減少します (つまり、水滴は Tio2 表面に完全に拡散します)。 非常に強い親水性を示します。 ライトが停止した後。 表面の超親水性は、数時間から1週間程度維持できます。 その後、照射前の疎水性の状態にゆっくりと戻ります。 UVライトの再照射。 フォークは超親水性にすることができ、断続的な UV 照射により表面の超親水性状態を維持できます。
TiO2 表面の超親水性は、表面に吸着した有機分子の光触媒分解反応から始まると当初考えられていました。TlO2 の表面に化学吸着した水自体が親水性です。 また、空気中の有機物の吸着により、表面が疎水性になります。 紫外線照射下。 表面には強力な酸化活性水酸基が発生し、光触媒分解反応により活性水酸基により疎水性有機物が酸化分解されます。 したがって、表面は親水性になります。 光を止めると、有機物はゆっくりと TiO2 表面に吸着され、疎水性の状態に戻ります。
しかし、さらなる研究により、TiO2 表面の超親水性は、TiO2 の光触媒酸化分解特性とは異なることが示されています。 むしろ、これは TiO2 表面自体の光によって引き起こされる別の反応です。 その理由は次のとおりです。 ① TiO2 表面の超親水性の程度は、有機物の光分解効率とは関係ありません。 一部の TiO2 単結晶または多結晶では、光触媒活性がないか、または光触媒活性が非常に低く、超親水性が観察されます。 ② いくつかの金属イオン (銅など) のドーピングは、TiO2 の光触媒酸化反応を向上させることができます。 ただし、TiO2 表面の超親水性が低下します。 (3) 多孔質 TiO2 表面とは異なり、光触媒酸化反応に必要な最大の反応面積。 滑らかで緻密な表面は、その超親水性をより助長します。 ④TiO2の表面もUV照射後の油との親和性が高く、通常の状態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エートなどの油性マーケターはTiO2表面との接触角が大きくなります。 しかし、UV照射後、これらの液体はガラスコーティング表面にも完全に浸透します。 つまり、UV 照射後の TiO2 表面は、水と油の二重親和性を持っています。
現在の研究では、そう結論づけられました。 光条件下での TiO2 表面の超親水性は、その表面中空の変化によって固化します。TiO2 の価電子帯の電子は、UV 照射条件下で伝導帯に励起されます。 電子と正孔は TiO2 表面に移動し、表面に電子正孔対を生成します。 電子は Ti4 plus と反応します。 正孔は表面架橋酸素イオンと反応して、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。 現時点では。 空気中の水分は解離し、酸素空孔に吸着されます。 化学吸着水（表面ヒドロキシルファクシミリ）になります。 化学吸着した水は、空気中の水分をさらに吸着して物理吸着層となる。 すなわち、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る。 表面の残りの領域は疎水性のままであるため、TiO2 表面は、二次元の毛細管現象と同様に、均一に分離されたナノサイズの親水性および親油性のエンブレムゾーンを構成します。 水または油滴のサイズは、親水性または親油性ゾーンの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、親水性マイクロゾーンまたは親油性エンブレムゾーンにそれぞれ吸着されます。 したがって、表面は浸透します。 紫外線照射を止めると、化学吸着した水酸基は空気中の酸素に置き換わり、再び疎水状態に戻ります。
