多孔ZrO2 @TiO2 @PDMS超疏光催化涂层的绿色制备及其高效自清洁与油水分离性能研究

《Journal of Colloid and Interface Science》：Facile fabrication of superhydrophobic and photocatalytic ZrO 2@TiO 2@polydimethylsiloxane coating for efficient self-cleaning and oil-water separation

针对含氟超双疏涂层环境污染问题，研究人员通过溶胶-凝胶与煅烧法构建多孔ZrO2 @TiO2 异质结（porous ZT），结合PDMS改性开发出兼具超疏水性（WCA>160°）和光催化降解能力的porous H-ZTP涂层，其表面能低至2.37 mN/m，油水分离通量达40,000 L·h?1 m?2 ，为环保型自清洁材料设计提供新策略。

　　

在环境污染治理与功能材料领域，传统含氟超双疏涂层虽能有效排斥液体，但其生态毒性日益凸显。更棘手的是，这类涂层易被有机污染物（如油脂、染料）黏附，导致自清洁功能失效。与此同时，半导体光催化技术虽能降解污染物，但纯TiO₂
因带隙宽、比表面积小等问题，实际应用受限。如何开发兼具物理排斥与化学降解能力的环保涂层，成为材料科学的重要挑战。

针对这一难题，暨南大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表了一项突破性研究。他们创新性地将金属有机框架（MOF）衍生的多孔ZrO₂
与TiO₂
复合，构建异质结光催化剂（porous ZT），再通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）改性，最终制备出多孔ZrO₂
@TiO₂
@PDMS（porous H-ZTP）复合涂层。该涂层不仅实现超疏水性（水接触角>160°），还能在光照下分解有机污染物，完美融合“荷叶效应”与光催化化学降解机制。

关键技术方法
研究采用三步法：1）通过溶剂热-溶胶凝胶联用技术合成UIO-66型MOF前驱体；2）高温煅烧获得多孔ZrO₂
@TiO₂
异质结；3）PDMS修饰后经400℃热处理形成共价键合涂层。通过SEM、XPS等表征手段验证材料结构，并测试其光催化降解罗丹明B（RhB）和油酸的能力。

研究结果

结构与机制分析
SEM显示porous H-ZTP呈现独特的蛛网状多孔结构（图2a-c），XPS证实ZrO₂
与TiO₂
形成异质结。这种结构使光生电子-空穴对分离效率提升，降解RhB的速率比纯TiO₂
提高3.2倍。

超疏水与自清洁性能
涂层表面能低至2.37 mN/m，WCA>160°，滑动角<2°。紫外光照下可分解油酸并恢复超疏水性，实现“污染-降解-再生”循环。

油水分离应用
不锈钢网膜（porous H-ZTP-SSM）的分离通量达40,000 L·h^?1
m^?2
，效率99%。其微纳孔隙结构可选择性拦截油相，而光催化功能可防止膜污染。

结论与意义
该研究首次将MOF衍生多孔异质结与无氟PDMS结合，创造出具有双重自清洁功能的环保涂层。其创新点在于：1）利用UIO-66热解获得高比表面积ZrO₂
载体；2）异质结设计突破TiO₂
光催化瓶颈；3）PDMS-Si-O-CH₃
共价键增强涂层稳定性。这项技术为海洋防污、医疗抗菌、工业油水分离等领域提供了新材料解决方案，推动绿色功能涂层的发展。