“Chemical Science”（化学科学）杂志9月发表了来自中科院上海高等研究院主导，联合科研团队对常温下二氧化钛表面亲疏水相关问题的研究，并取得进展。

论文地址：https://doi.org/10.1039/d2sc02047e

二氧化钛（TiO₂）材料因优秀的光催化性能，应用于化妆品、抗菌除污和催化体系等。过去研究发现，紫外照射的TiO₂表面发生从疏水到亲水的浸润转变，长期以来，常温下TiO₂表面到底是亲水还是疏水的基本问题，尚不完全清楚。

以TiO₂的Rutile晶型110表面为例，和频共振光谱实验与理论发现常温下该表面上有序双层水结构，且该有序结构导致水层上水滴存在。

中国科学院上海高等研究院研究员王春雷、高嶷主导的联合研究团队，以TiO₂的Rutile晶型110面为例，通过表面和频振动光谱理论计算和实验发现常温下该表面上由于强的TiO₂/水的相互作用存在双层有序水，进而基于传统力场+机器学习训练力场的经典分子动力学模拟进一步发现，该有序水导致水层上水滴存在（接触角约25度），即出现了常温不完全浸润的双层有序水现象。这为探究常温TiO₂表面浸润性提出了全新机制：TiO₂表面自身是超亲水的，但表面吸附的有序水层体现出弱疏水现象。这解决了本征TiO₂表面的亲疏水性问题的基本问题。进一步，基于这一新机理，我们可以探索紫外照射TiO₂发生从疏水到亲水的浸润转变的机制：表面OH或者氧缺陷会破坏表面有序水层，进而增强表面水层的亲水性。而表面吸附甲酸乙酸分子可以有效的驱替表面水分子，造成表面更加疏水，这解释了该材料在空气中放置时间久以后接触角更大（约45度）的现象。

这项工作可以在理解基于TiO₂的器件在自清洁表面、太阳能电池的电能和有机污染物的光氧化方面的应用方面迈出一步。

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