疏水金属氧化物催化剂：催化疏水两不误

如何构建超疏水表面？相信这个问题不算难，只需通过物理或化学手段在表面修饰一层低表面能的分子就能实现，譬如烷基长链或全氟长链。然而，如果在光催化剂的表面进行超疏水改性，并且能够在光催化过程中保持超疏水的性质，就不那么容易了。因为光催化过程中产生的自由基极易打断修饰分子的化学键，造成疏水分子的降解，从而使光催化剂表面失去超疏水性。最近，德国马普高分子研究所（Max Planck Institute for Polymer Research, MPIP）的Hans-Jürgen Butt教授课题组围绕这一目标展开研究，开发了一种可在多种金属氧化物光催化剂表面进行疏水化修饰的方法，相关成果发表在Advanced Materials上。

催化剂表面接枝PDMS示意图。图片来源：Adv. Mater.

为了兼顾催化活性与疏水性，他们首先选择了一种在催化环境下温度的疏水聚合物，满足这一条件的有聚二甲基硅氧烷（PDMS）与聚四氟乙烯（PTFE），然而这两种聚合物都不易在催化剂表面形成稳定的化学链接。研究者选择了PDMS，发展了一种方便有效的光催化接枝PDMS的方法。为了实现这一目的，他们将金属氧化物催化剂置于端基为三甲基硅氧烷的PDMS分子中进行紫外光照射。反应过程如下：在紫外光照射下，金属氧化物催化剂会产生电子-空穴对，激发了表面的羟基及水分子，这些活性基团部分切割了周围的PDMS链，从而与金属氧化物形成Me-O-Si化学键。

疏水催化剂在紫外光照射下的表面浸润性变化。图片来源：Adv. Mater.

随后，研究者们比较了PDMS接枝与氟化的TiO₂催化剂在紫外光下的浸润性。结果表明，氟化的催化剂经过紫外光照射后，表面的疏水分子发生了降解，最终表面变为亲水性。当催化剂表面包含有机污染物的时候，研究者们发现，污染物降解后催化剂表面的接触角恢复到了原来的状态。

这样的催化剂在许多方面都具有应用潜能。例如，可以制备成自清洁的催化表面，一方面超疏水表面的自清洁性能够让水滴带走表面的污垢，另一方面催化剂又能进一步降解残余的有机污染物。此外，这种催化剂还可以选择性的分散在有机溶剂中，实现对有机溶剂中有机小分子的选择性降解。

自清洁催化表面。图片来源：Adv. Mater.

疏水催化剂性能。图片来源：Adv. Mater.

这项工作为我们展示了一个有趣的结果，不过，PDMS在接枝过程中会被自由基切断，而在催化过程中却能保持稳定，相关机理尚未说清。相信在未来的研究中研究者能给我们带来更为准确的设计原则。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Stable Hydrophobic Metal-Oxide Photocatalysts via Grafting Polydimethylsiloxane Brush

Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201604637

X-MOL催化领域学术讨论QQ群（210645329）