CRPS：夏帆/黄羽团队实现温控超润湿涂层用于光催化性能调控 | Cell Press论文速递

物质科学

Physical science

2021年11月29日，中国地质大学（武汉）夏帆教授课题组在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports Physical Science上发表了一篇题为“Temperature-triggered switchable superwettability on a robust paint for controllable photocatalysis”的新研究。

他们设计合成了具有强机械性能的响应型超润湿油漆，响应型超润湿性和光催化性可以长期共存，响应型超润湿油漆可调控光催化性能。

第一作者为朱海博士，通讯作者为黄羽教授和夏帆教授。

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成果简介

近些年来，中国地质大学（武汉）夏帆教授课题组对光催化剂的润湿性改性进行了一系列的研究（Nanoscale, 2020, 12, 11455；NPG Asia Materials, 2021, 13, 47；Water Research，2021, 206, 117759；ACS Catalysis, 2021, 11, 14751）。本文主要报道了一种同时具有响应型润湿性和光催化的多功能涂层。通过温度控制涂层表面的超润湿转变，改变催化位点与靶标降解物的接触，从而调控光催化效率。

超润湿响应性涂料的表征

在涂层制备中，环氧树脂（ER）、聚乙二醇（PEG）、氟硅烷（PFOS）、双尺寸二氧化钛纳米颗粒（TiO₂，~200 nm和~21 nm）、聚异丙基丙烯酰胺（PNIAPM）以合适比例配比时，表面的温度响应型的超润湿性可以自由切换。并且，即使进行50次的温度变化，表面的超疏水性和超亲水性依然可以实现可逆转变。

超润湿响应型涂料的机械稳定性

当在表面上进行砂纸磨损、刀片刮划和手指擦拭时，表面的形貌虽然发生了变化，但仍有粗糙的结构。所以重复50次温度变化后，涂层上的超疏水性和超亲水性依然可逆地转换。

超润湿响应型涂料的抗紫外线性能

PFOS-TiO₂表面的PFOS在紫外光下容易被其表面的自由基降解。然而，当颗粒外负载了聚合物膜时，即使与颗粒直接接触的PFOS易被降解，但是与聚合物层接枝的PFOS依然可以稳定存在。因此，即使进行50小时的紫外线照射，该涂层表面的温控超润湿转变依然存在，且可以重复50次。

超润湿响应型涂料的可控光降解

在低温（10℃）时，涂层表面显示超亲水性，液滴在表面上快速铺展，所以具有充足的接触位点，所以此时的涂层具有最大的催化效率（约95.5%）；当温度增加时，表面的接触角增大，伴随着接触面积或者接触线的减小，意味着所接触的催化位点也减少，从而影响光降解性能。在50℃时，超疏水涂层表面的降解效率最低，约为15.0%。所以，通过控制温度，改变所降解溶液与催化剂的接触面积或接触线，可以有效控制涂层的光降解效率。

小结

本工作报道了一种多功能的油漆涂层，实现了响应型超润湿性和光催化性的长期共存。同时，根据涂层上的温度响应的超润湿性转变，伴随着接触面积或者接触线的变化，同时，所参与的催化位点也随之变化，因此可对光催化性能进行可逆地调控。此工作为界面科学中的超润湿领域和光催化领域的研究搭起了桥梁，为交叉学科的发展提供了极大的参考价值。

此论文还得到中国地质大学（武汉）娄筱叮教授的大力支持。这项工作得到了国家自然科学基金（22090050, 21874121, 51803194）的支持及浙江省自然科学基金项目（LD21B050001, LY20B050002）的资助。

相关论文信息

论文原文刊载于CellPress细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

▌论文标题：

Temperature-triggered switchable superwettability on a robust paint for controllable photocatalysis

▌论文网址：

https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(21)00391-X

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2021.100669

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