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TiO2表面的超親水的影響因素 發布日期:2019-9-3 點擊數:896
  TiO2表面的超親水的影響因素

  研究表明.光照時間、光照強度、晶面、環境氣氛和熱處理等都會影響到TiO2表面結構,從而影響到其光催化性能。

  紫外光照射時間和強度

  一般而言,隨光照時間的增加,TiO2表面的親水區尺寸增大,親油區尺寸減小。親水區尺寸增大.有利于提高表面的親水特性,親油區尺寸減小,毛細管引力增大,有利于油在TiO2表面的擴展.當親水、親油區域達到臨界點時 即可在同一表面實現水和油的兩親和現象,水和油接觸角都可達0°,出現超親水和超親油特性;光照時間繼續增加.親水區尺寸會進一步增大.表面仍可保持超親水性.但與油的接觸角增大;紫外光照射時間過長時.表面與水的接觸角也會增太.即長時間的紫外光照射并不會使表面變得更加親水和親油。

  紫外光強度也影響到TiO2表面超親水特性。若紫外光強度低于20mW/c㎡ ,長時間的紫外光照射也不能使TiO2表面親水.這主要是由于過低的紫外光能量不能激發TiO2價帶電子的躍遷.也就根難形成表面缺結態。

  TiO2晶面

  對TiO2不同的單晶表面超親水性的研究表明,TiO2【ll0)面和(100)面比(0O1)面更容易受光激發使表面具有超親水特性。如在40mW/c㎡ 光照下,l0mm之內(1l0)面和(001)面與水的接觸角可達0°.而(001)面則需要40min,這主要是由于TiO2各個晶面具有不同的鈦配位結構。(110)晶面上.一半的鈦離子為五配位結構.釷一鈦之間以橋氧連接,另一半為六配位結構。(100)晶面上.全部的鈦離子為五配位的撟氧結構.而{001)晶面則與TiO2晶體內部原于排列相同.釷離于是四配位結構。與其它氧結構相比.橋氧在表面具有較高的位置.能量上具有較大的反應活性,更容易被氧化釋放形成表面氧空位。而其它氧缺陷的形成則會 i起較大的晶格畸變.因而需要較大的外部反應能

  環境氣氛

  將TiO2(110)單晶分別置于空氣和氧氣氛中,紫外光照射下,置于空氣中的單晶面與水的接觸角很快降低.在較短的時間內可達到較高的親水態.而在氧氣氛中.其接觸角緩慢下降.至35°時達到飽和.同樣.已親水化的TiO2晶面在空氣中可維持幾天的親水狀態.而在氧氣氛中.很快就轉變為疏水態。這主要是由于氧的存在不利于氧空位的生成,也就不會在表面形成較多的化學吸附水位.生成的表面化學吸附水也會被氧替代而恢復以前的疏水態,從而不利于表面親水性的生成和維持。

  熱處理

  將表面疏水化的TiO2于150°C熱處理,表面逐漸呈現親水狀態,400°C左右與水的接觸角可達O°。 即表現為良好的親水性 TiO2表面熱處理前后對水的浸潤性的變化 可能是由于形成了與光照射條件下同樣的表面缺陷態.即形成了非化學配比的TiO2表面結構.從而有利于水分于的吸附,即采用熱處理也可激發或恢復表面超親水性。
 
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