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专业知识
TiO2表面的超亲水的影响因素
* 来源: 河北麦森 * 作者: * 发表时间: 2017-07-25 17:19:18

  TiO2表面的超亲水的影响因素

  研究表明.光照时间、光照强度、晶面、环境气氛和热处理等都会影响到TiO2表面结构,从而影响到其光催化性能。

  紫外光照射时间和强度

  一般而言,随光照时间的增加,TiO2表面的亲水区尺寸增大,亲油区尺寸减小。亲水区尺寸增大.有利于提高表面的亲水特性,亲油区尺寸减小,毛细管引力增大,有利于油在TiO2表面的扩展.当亲水、亲油区域达到临界点时 即可在同一表面实现水和油的两亲和现象,水和油接触角都可达0°,出现超亲水和超亲油特性;光照时间继续增加.亲水区尺寸会进一步增大.表面仍可保持超亲水性.但与油的接触角增大;紫外光照射时间过长时.表面与水的接触角也会增太.即长时间的紫外光照射并不会使表面变得更加亲水和亲油。

  紫外光强度也影响到TiO2表面超亲水特性。若紫外光强度低于20mW/c㎡ ,长时间的紫外光照射也不能使TiO2表面亲水.这主要是由于过低的紫外光能量不能激发TiO2价带电子的跃迁.也就根难形成表面缺结态。

  TiO2晶面

  对TiO2不同的单晶表面超亲水性的研究表明,TiO2【ll0)面和(100)面比(0O1)面更容易受光激发使表面具有超亲水特性。如在40mW/c㎡ 光照下,l0mm之内(1l0)面和(001)面与水的接触角可达0°.而(001)面则需要40min,这主要是由于TiO2各个晶面具有不同的钛配位结构。(110)晶面上.一半的钛离子为五配位结构.钍一钛之间以桥氧连接,另一半为六配位结构。(100)晶面上.全部的钛离子为五配位的挢氧结构.而{001)晶面则与TiO2晶体内部原于排列相同.钍离于是四配位结构。与其它氧结构相比.桥氧在表面具有较高的位置.能量上具有较大的反应活性,更容易被氧化释放形成表面氧空位。而其它氧缺陷的形成则会 i起较大的晶格畸变.因而需要较大的外部反应能

  环境气氛

  将TiO2(110)单晶分别置于空气和氧气氛中,紫外光照射下,置于空气中的单晶面与水的接触角很快降低.在较短的时间内可达到较高的亲水态.而在氧气氛中.其接触角缓慢下降.至35°时达到饱和.同样.已亲水化的TiO2晶面在空气中可维持几天的亲水状态.而在氧气氛中.很快就转变为疏水态。这主要是由于氧的存在不利于氧空位的生成,也就不会在表面形成较多的化学吸附水位.生成的表面化学吸附水也会被氧替代而恢复以前的疏水态,从而不利于表面亲水性的生成和维持。

  热处理

  将表面疏水化的TiO2于150°C热处理,表面逐渐呈现亲水状态,400°C左右与水的接触角可达O°。 即表现为良好的亲水性 TiO2表面热处理前后对水的浸润性的变化 可能是由于形成了与光照射条件下同样的表面缺陷态.即形成了非化学配比的TiO2表面结构.从而有利于水分于的吸附,即采用热处理也可激发或恢复表面超亲水性。

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