Prinsip Permukaan TiO2 Superhidrofilik
Biasanya, permukaan yang dilapisi TiO2 memiliki sudut kontak yang lebar dengan air, tetapi sudut kontak air berkurang hingga kurang dari 5 derajat setelah penyinaran UV, dan bahkan dapat mencapai 0 derajat (yaitu tetesan air benar-benar tersebar di permukaan TiO2), menunjukkan hidrofilisitas yang sangat kuat. Setelah penghentian paparan cahaya, superhidrofilisitas permukaan dipertahankan selama beberapa jam hingga seminggu, dan kemudian perlahan kembali ke keadaan hidrofobik sebelum penyinaran. Iradiasi lebih lanjut dengan sinar ultraviolet dapat menjadi superhidrofilik, dan penyinaran sinar ultraviolet intermiten dapat membuat permukaan selalu mempertahankan keadaan superhidrofilik.
Awalnya diperkirakan bahwa superhidrofilisitas permukaan TiO2 berasal dari dekomposisi fotokatalitik molekul organik yang teradsorpsi pada permukaan: sementara permukaan TiO2 sendiri bersifat hidrofilik karena kemisorpsi air, adsorpsi bahan organik di udara membuat permukaan menjadi hidrofobik. Ketika disinari oleh sinar UV, permukaan menghasilkan gugus hidroksil aktif pengoksidasi yang kuat, dan bahan organik hidrofobik dioksidasi dan didekomposisi oleh gugus hidroksil positif melalui reaksi dekomposisi fotokatalitik, sehingga membuat permukaan berperilaku dalam keadaan hidrofilik; ketika cahaya dihentikan, bahan organik akan diserap secara bertahap pada permukaan TiO2 dan kembali ke keadaan hidrofobik. Namun demikian, telah ditunjukkan bahwa superhidrofilisitas permukaan TiO2 berbeda dari oksidasi fotokatalitik dan dekomposisi TiO2, melainkan jenis reaksi lain yang diinduksi oleh cahaya pada permukaan TiO2 itu sendiri. Karena alasan berikut: ① Superhidrofilisitas permukaan TiO2 tidak terkait dengan efisiensi fotodekomposisi bahan organik. Telah diamati pada beberapa kristal atau polikristal tunggal TiO2 tanpa aktivitas fotokatalitik atau aktivitas fotokatalitik yang sangat rendah; ② Doping beberapa ion logam (misalnya tembaga) dapat meningkatkan reaksi oksidasi fotokatalitik TiO2, sekaligus mengurangi sifat superhidrofilik permukaan TiO2; ③ Berbeda dari permukaan TiO2 berpori dan area reaksi seluas mungkin yang diperlukan untuk reaksi oksidasi fotokatalitik, permukaan yang halus dan padat lebih kondusif untuk sifat superhidrofiliknya. Dalam kondisi normal, badan berminyak seperti etilen glikol heksadekana dan gliseril trioleat memiliki sudut kontak yang besar dengan permukaan TiO2. Namun, setelah penyinaran UV, cairan ini juga akan sepenuhnya disusupi di permukaan lapisan kaca, yaitu permukaan TiO2 setelah penyinaran UV dengan aktivitas amphiphilic air-minyak.
Dipercaya bahwa super-hidrofilisitas permukaan TiO2 di bawah kondisi cahaya dipadatkan oleh perubahan struktur permukaannya: di bawah kondisi iradiasi UV, elektron pita valensi TiO2 tereksitasi ke pita konduksi, elektron dan lubang bermigrasi ke permukaan TiO2, menghasilkan elektron -lubang berpasangan di permukaan, elektron bereaksi dengan Ti4 plus , lubang bereaksi dengan ion oksigen permukaan, yang masing-masing membentuk ion titanium trivalen positif dan kekosongan oksigen. Dalam hal ini, air di udara dipisahkan dan diserap dalam kekosongan oksigen, membentuk permukaan yang terserap secara kimia (gugus hidroksil permukaan). Permukaan chemisorption ini selanjutnya dapat menyerap air di udara dan membentuk lapisan adsorpsi fisik, yaitu zona lambang yang sangat hidrofilik terbentuk di sekitar cacat Ti3 plus, sedangkan area permukaan yang tersisa tetap hidrofobik, sehingga membentuk zona berukuran nano yang dipisahkan secara seragam. zona lambang hidrofilik dan oleofilik pada permukaan TiO2, mirip dengan fenomena kapiler dua dimensi. Karena ukuran tetesan air atau minyak jauh lebih besar daripada daerah hidrofilik atau oleofilik, permukaan TiO2 makroskopik menunjukkan sifat hidrofilik dan oleofilik. Tetesan air atau minyak masing-masing diserap oleh wilayah mikro hidrofilik atau wilayah lambang lipofilik, sehingga menyusup ke permukaan. Ketika iradiasi sinar UV dihentikan, gugus hidroksil yang diserap oleh kemis digantikan oleh oksigen di udara dan kembali ke keadaan hidrofobik.
