長(zhǎng)安大學(xué)牛艷輝教授團(tuán)隊(duì)：光催化超雙疏涂層及其表面微納結(jié)構(gòu)對(duì)雙疏性能的影響

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2022-08-10 09:50:19

超雙疏涂層優(yōu)異的疏液性賦予涂層杰出的自清潔特性，使其在建筑物外表面、汽車擋風(fēng)玻璃、太陽(yáng)能擋板等場(chǎng)所都有廣泛的應(yīng)用前景，然而目前在光催化降解污染物領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段。超雙疏涂層在構(gòu)造過(guò)程中，涂層表面“air pockets”的形成與涂層表面結(jié)構(gòu)對(duì)氣體的吸附能力密切相關(guān)，而涂層表面的結(jié)構(gòu)特性和BET比表面積（S_BET）直接決定著其氣體吸附能力。目前大多研究集中于表面微結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和涂層的宏觀性能，很少?gòu)耐繉颖砻嫖⒔Y(jié)構(gòu)與“air pockets”形成及氣體吸附方面進(jìn)行研究。

長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院牛艷輝教授團(tuán)隊(duì)將涂層的超雙疏特性與光催化性進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，成功制備得到一種自清潔協(xié)效光催化NO降解涂層。區(qū)別于傳統(tǒng)的光催化涂層，該涂層具有優(yōu)異的自清潔特性和NO降解循環(huán)性（圖1）。涂層的前進(jìn)角可達(dá)150°以上，并且可在水滴和油滴的作用下輕松去除表面有機(jī)和無(wú)機(jī)粉末污染物，還展現(xiàn)出突出的水基和油基復(fù)合污染物的耐沾污性。同時(shí)，該涂層還具有優(yōu)異的降解有機(jī)染料和氣體NO的能力。涂層優(yōu)異的自清潔能力和耐沾污性為光催化作用的長(zhǎng)效性提供了保障，同時(shí)涂層的光催化作用為涂層表面有機(jī)污染物的降解奠定了基礎(chǔ)。

光催化超雙疏涂層及其表面微納結(jié)構(gòu)對(duì)雙疏性能的影響1.jpg

圖1 自清潔光催化涂層的潤(rùn)濕性、自清潔能力及NO降解性能

此外，利用圖像分析法對(duì)涂層表面空氣墊進(jìn)行了半定量分析。結(jié)合Cassie-Baxter理論cosθ=f₁cosθ₁+f₂cosθ₂，系統(tǒng)研究了“air pocket”面積對(duì)涂層接觸角的影響。同時(shí)，基于“荷葉效應(yīng)”中超雙疏涂層的形成機(jī)制，探究了涂層不同表面微結(jié)構(gòu)的比表面積（S_BET）對(duì)接觸角影響（圖2），結(jié)合涂層“air pocket”的形成機(jī)制，提出一種S_BET影響涂層雙疏性能的影響機(jī)制，為超雙疏涂層的研發(fā)及應(yīng)用奠定一定理論基礎(chǔ)。

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圖2 S_BET對(duì)涂層雙疏性能的影響

相關(guān)成果以“Photocatalytic Superamphiphobic Coatings and the Effect of Surface Microstructures on Superamphiphobicity”為題在線發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》（材料科學(xué)一區(qū)Top期刊，2020即時(shí)IF=8.7），論文第一作者為2018級(jí)博士研究生劉冠宇，長(zhǎng)安大學(xué)為論文的第一完成單位；長(zhǎng)安大學(xué)材料學(xué)院牛艷輝教授、夏慧蕓副教授為本文通訊作者。該系列研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51202016），陜西省自然科學(xué)基金（2017JQ2025），長(zhǎng)安大學(xué)中央高?；?300102310301）的資助。

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿