长安大学牛艳辉教授团队：光催化超双疏涂层及其表面微纳结构对双疏性能的影响

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2022-08-10 09:50:19

超双疏涂层优异的疏液性赋予涂层杰出的自清洁特性，使其在建筑物外表面、汽车挡风玻璃、太阳能挡板等场所都有广泛的应用前景，然而目前在光催化降解污染物领域的应用尚处于起步阶段。超双疏涂层在构造过程中，涂层表面“air pockets”的形成与涂层表面结构对气体的吸附能力密切相关，而涂层表面的结构特性和BET比表面积（S_BET）直接决定着其气体吸附能力。目前大多研究集中于表面微结构的构建和涂层的宏观性能，很少从涂层表面微结构与“air pockets”形成及气体吸附方面进行研究。

长安大学材料科学与工程学院牛艳辉教授团队将涂层的超双疏特性与光催化性进行协同设计，成功制备得到一种自清洁协效光催化NO降解涂层。区别于传统的光催化涂层，该涂层具有优异的自清洁特性和NO降解循环性（图1）。涂层的前进角可达150°以上，并且可在水滴和油滴的作用下轻松去除表面有机和无机粉末污染物，还展现出突出的水基和油基复合污染物的耐沾污性。同时，该涂层还具有优异的降解有机染料和气体NO的能力。涂层优异的自清洁能力和耐沾污性为光催化作用的长效性提供了保障，同时涂层的光催化作用为涂层表面有机污染物的降解奠定了基础。

图1 自清洁光催化涂层的润湿性、自清洁能力及NO降解性能

此外，利用图像分析法对涂层表面空气垫进行了半定量分析。结合Cassie-Baxter理论cosθ=f₁cosθ₁+f₂cosθ₂，系统研究了“air pocket”面积对涂层接触角的影响。同时，基于“荷叶效应”中超双疏涂层的形成机制，探究了涂层不同表面微结构的比表面积（S_BET）对接触角影响（图2），结合涂层“air pocket”的形成机制，提出一种S_BET影响涂层双疏性能的影响机制，为超双疏涂层的研发及应用奠定一定理论基础。

图2 S_BET对涂层双疏性能的影响

相关成果以“Photocatalytic Superamphiphobic Coatings and the Effect of Surface Microstructures on Superamphiphobicity”为题在线发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》（材料科学一区Top期刊，2020即时IF=8.7），论文第一作者为2018级博士研究生刘冠宇，长安大学为论文的第一完成单位；长安大学材料学院牛艳辉教授、夏慧芸副教授为本文通讯作者。该系列研究得到了国家自然科学基金（51202016），陕西省自然科学基金（2017JQ2025），长安大学中央高校基金(300102310301）的资助。

来源：高分子科学前沿