還有一個多月就要迎來農(nóng)歷新年了，很多小伙伴已經(jīng)開始提前忙碌起來。置辦年貨、大掃除......相信很多人最近都在和家里的玻璃“對抗”。由于大多數(shù)玻璃表面光滑，周圍環(huán)境中的油性物質(zhì)易結(jié)合灰塵粘附在其表面，所以玻璃表面很容易存在污漬，且單純的水流通常無法清除干凈。
如果有塊能“自清潔”的玻璃就簡直太棒了!
自清潔，是指可以通過不同的方式自發(fā)的清除其表面附著的雜質(zhì)和細(xì)菌。理論上，絕大多數(shù)天然自清潔表面都具有超親水或超疏水性，通過水和物體表面的相互作用實現(xiàn)自清潔功能。而另一種自清潔的新方法，就是光催化自清潔。下面就跟隨小編來了解一下這三種自清潔表面的科學(xué)原理吧。
有的小伙伴就問了，為啥超親水和超疏水都能達(dá)到“自清潔”的目的?
原因是這樣的：水在超親水表面上會自發(fā)鋪展成面積很大而厚度很薄的水膜，阻礙了油脂和灰塵微粒等污染物與表面的直接接觸 ;而完全鋪展的水膜又會很快蒸發(fā) ，帶走其表面附著的雜質(zhì)，實現(xiàn)自清潔功能，就像自然界中的蝸牛殼一樣。
相反的，水在超疏水會自發(fā)形成聚攏的水滴，當(dāng)水滴在傾斜表面上滾動時，會自發(fā)帶走表面附著的一些灰塵顆粒，實現(xiàn)自清潔功能，就像荷葉一樣~
接下來，我們就來聊聊最有“科技含量”的光催化自清潔吧!目前這一方法主要是通過二氧化鈦TiO2的光催化特性實現(xiàn)自清潔滴。
TiO2是何物?TiO2可是一種很神奇的材料。一方面，在沒有光照的情況下，其表面具有疏水性，但在紫外光的照射下，會轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水性;神奇吧!這樣還不夠，它還能夠通過化學(xué)反應(yīng)，分解表面附著的水和其他有機(jī)污染物。如何實現(xiàn)這一催化過程呢?有兩種途徑：分別是能源光催化和環(huán)境光催化~
在紫外光的照射下，TiO2中全充滿且能量最高能帶上的電子，會吸收足夠的能量從而擺脫約束成為自由電子(e-)，并跳到下一個“可容身”的能帶上，在原來的位置留下一個空位，稱為空穴(h+)
接著，這個擺脫束縛的電子和“空虛”的空穴會向TiO2表面遷移，這時就會有兩種情況：
【NO.1】當(dāng)電子和空穴到達(dá)TiO2表面會在還原助催化劑和氧化助催化劑上與水發(fā)生還原和氧化反應(yīng)，分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。這就是能源光催化原理~
【NO.2】另一種情況是，到達(dá)表面的空穴與溶液中的氫氧根(OH-)反應(yīng)，生成羥基自由基( OH);同時，到達(dá)表面的電子會與O2反應(yīng)生成O2 -，O2 -再經(jīng)過一系列反應(yīng)生成羥基自由基。由于羥基自由基具有極強的氧化能力，可與溶液中的污染物發(fā)生反應(yīng)并使其氧化降解。這則是環(huán)境光催化原理啦~
生活中，光催化“自清潔”這種技術(shù)已經(jīng)得到了一定程度的應(yīng)用，例如日本某些公共場所的吸煙室，通過光催化效應(yīng)清除空氣中殘留的有機(jī)廢氣，效果顯著。位于羅馬的Jubilee教堂也利用了這種技術(shù)，使教堂的雪白外墻歷久如新。
未來這些自清潔的技術(shù)，是否真的能夠走進(jìn)我們的家庭，實現(xiàn)自清潔的同時，改善環(huán)境，讓我們共同期待!
(文章來源：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所)
