光催化薄膜的親水性及其應用

黃 宇，劉 燕，張 靜，王震宇，曹軍驥

中國科學院地球環境研究所 氣溶膠化學與物理重點實驗室，西安710061

玻璃表面的霧化及建筑表面的污染，不僅影響人們的日常生活和建筑物美觀及使用壽命，而且其清潔難度大、維護成本高，甚至會造成嚴重后果，例如：汽車擋風玻璃表面霧化會影響能見度，增加交通事故發生的幾率；石材雕塑的表面污染不僅影響美觀，甚至可能滋生細菌的生長，腐蝕破壞其結構等。因此，研究如何實現具有防霧和自清潔功能的表面至關重要。大量研究表明，親水性光催化薄膜表現出良好防霧（Watanabe et al，1999；劉湘梅和賀軍輝，2010；Du and He，2012）、自清潔（Linsebigler et al，1995；Premkumar，2004；Parkin and Palgrave，2005；Euvananont et al，2008；Fateh et al，2011）作用。Wang et al（1997，1998）報道了紫外光誘導下TiO2光催化薄膜的超親水現象，即H2O與TiO2光催化薄膜表面接觸，在受紫外光照射下接觸角由幾十度迅速變小，最后達到0° ± 1°。停止光照后，將TiO2長時間置于黑暗中，接觸角會逐步增大重新恢復至疏水狀態，若再經紫外光照射又會轉變為超親水狀態。這種親水性光催化薄膜防霧的實現主要在于親水性表面能有效減少霧滴對光線的折射和全反射，從而降低霧化度并增強材料透光率，達到防霧的效果。自清潔原理（Nishimoto and Bhushan，2013）主要體現在兩方面：一方面是光催化作用，在光照下薄膜表面有機污染物可被降解，使水滴在潔凈表面鋪展達到親水狀態；另一方面是親水性使水滴在薄膜表面易于鋪展形成水膜，降低污染物的附著力，經風力和雨水沖刷去除污染物（圖1）。因此，光催化薄膜表面的親水性越強，則其防霧、自清潔效果越好。……