為什么TiO2如此親水？

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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

二氧化鈦（化學(xué)式：TiO?，白色固體或粉末狀的兩性氧化物，分子量：79.9，是一種白色無機顏料，具有無毒、*佳的不透明性、*佳白度和光亮度，被認為是現(xiàn)今世界上性能*好的一種白色顏料。鈦白的粘附力強，不易起化學(xué)變化，永遠是雪白的。二氧化鈦是一種重要的白色顏料和瓷器釉料。用于油漆、油墨、塑料、橡膠、造紙、化纖、水彩顏料等行業(yè)。二氧化鈦是世界上*白的東西，1克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積涂

雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍，因此是調(diào)制白油漆的*好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白并且不透明，效果比其他物質(zhì)大10倍，因此，鈔票紙和美術(shù)品用紙就要加二氧化鈦。為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時也要添加二氧化鈦。在橡膠工業(yè)上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。半導(dǎo)體二氧化鈦的光化學(xué)性能已使其可用于許多領(lǐng)域，如空氣、水和流體的凈化。以碳或其他雜原子摻雜的光催化劑也可用于具有散射光源的密封空間或區(qū)域。用于建筑、人行石板、混凝土墻或屋頂瓦上的涂料中時，它們可以明顯增加對空氣中污染物如氮氧化物、芳烴和醛類的分解。此外還廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)防曬霜，無毒性，對人體無害。超細二氧化鈦具有優(yōu)異紫外光屏蔽性和透明性。被廣泛用在化妝品、木器保護、食品包裝塑料、耐久性家用薄膜、人造纖維和天然纖維、透明涂料中。在金屬閃光涂料中的特殊光學(xué)效應(yīng)，使之在**轎車漆中得到重視和應(yīng)用。

TiO₂表面超親水性原理：

通常情況下，TiO₂鍍膜表面與水有較大的接觸角.但經(jīng)紫外光照射后，水的接觸角減少到5度 下，甚至可達到0度（即水滴完全漫潤在Tio₂表面).顯示非常強的親水性。停止光照后.表面超親水性可維持數(shù)小時到1周左右.隨后慢慢恢復(fù)到照射前的疏水狀態(tài)。再用紫外光照射.又可表現(xiàn)為超親水性、采用間歇紫外光照射就可使表面始終保持超親水狀態(tài) 。

*初認為TiO2表面的超親水性起固于表面吸附有機分子的光催化分解反應(yīng)：TiO₂表面本身所具有的化學(xué)吸附水是親水性的.而吸附空氣中有機物后使表面疏水.紫外光照射下.表面生成強氧化性的活性羥基，疏水性的有機物通過光催化分解反應(yīng)被活性羥基氧化分解.從而使表面表現(xiàn)為親水性狀態(tài);停止光照，有機物又會慢慢吸附在TiO2表面，回到疏水狀態(tài)。但進一步的研究表明TiO₂表面的超親水性不同于TiO₂的光催化的氧化分解特性.而是TiO₂表面本身光誘發(fā)的另一種反應(yīng)。理由如下：①TiO₂表面超親水程度與有機物的光分解效率無關(guān).在一些完全沒有光催化活性或光催化活性很低的TiO₂單晶或多晶表面均觀察到了超親水特性;② 一些金屬離子(如銅)摻雜可提高TiO₂的光催化氧化反應(yīng).但卻降低于TiO2 表面的超親水特性;③與光催化氧化反應(yīng)所要求的TiO₂表面多孔化、反應(yīng)面積盡可能大不同.平滑、致密的表面更有利于其超親水特性;④ 紫外光照射后TiO₂表面對油也具有很大的親和性，在正常條件下，油性體如乙二醇 十六烷、三油酸甘油酯等與TiO2表面有較大的接觸角.但經(jīng)紫外光照射后，這些液體也會完全浸潤在玻璃鍍膜表面.即紫外光照射后TiO₂表面具有水油雙親活性。

目前的研究認為.在光照條件下TiO₂表面的超親水性起固于其表面結(jié)構(gòu)的變化：在紫外光照射條件下TiO2價帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶.電子和空穴向TiO₂表面遷移，在表面生成電子空穴對.電子與Ti4+ 反應(yīng).空穴則與表面氧離子反應(yīng)，分別形成正三價的鈦離子和氧空位。此時.空氣中的水解離吸附在氧空位中.成為化學(xué)吸附面（表面羥基).化學(xué)吸附面可進一步吸附空氣中的水分，形成物理吸附層.即在Ti3+缺陷周圍形成了高度親水的徽區(qū).而表面剩余區(qū)域仍保持疏水性，這樣就在TiO2表面構(gòu)成了均勻分帶的納米尺寸分離的親水和親油徽區(qū)，類似于二維的毛細管現(xiàn)象 由于水或油性液滴尺寸遠遠大于親水或親油區(qū)面積，故宏觀上TiO₂表面表現(xiàn)出親水和親油特性。滴下的水或油分別被親水微區(qū)或親油徽區(qū)所吸附.從而浸潤表面。停止紫外光照射后，化學(xué)吸附的羥基被空氣中的氧取代，重又回到疏水性狀態(tài)。

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