圖片來源：Thomas Fuchs
撰文｜凱特·格雷厄姆-肖（Kate Graham-Shaw）
翻譯｜曾欣欣
遮蔽天空的汙染物不僅危害健康，還會在房屋等建築物上留下難看的汙跡。為了解決這個問題，多年來化學家一直在研究一種特殊的塗料，這種塗料不僅可以自我清潔，還能去除空氣中的汙染物。
這項技術主要使用鈦氧化物奈米顆粒來催化化學反應。如果用人造紫外光源照射塗料，其中的鈦氧化物奈米顆粒就會與汙染物發生反應，從而使汙染物分解。理論上，這種方法可以將汙染物從附近的空氣中除去，防止汙染物積聚。現在有公司推出了這種光催化塗料，但一些化學家對產品的效果及可持續性持謹慎態度。
在最近發表於《美國化學會·催化》（ACS Catalysis）雜誌的一項研究中，研究人員開發了一種新型光催化塗料，並聲稱利用普通陽光中的紫外線，塗料可以很容易啟用自清潔功能。他們還證明可以有效地利用可回收物來製造這種塗料。
“我們的目標之一是儘量減少使用合成試劑，”維也納工業大學的化學家蓋薩爾·馬克布勒（Qaisar Maqbool，這項研究的共同作者）說，“因此我們使用的是工業廢料，如鈦廢料，以及落葉等有機廢棄物。”
圖片來源：Qaisar Maqbool et al., 2024
在光催化過程中，鈦氧化物奈米顆粒的電子會在紫外光激發下，形成光生電子，同時生成光生空穴；這些光生空穴具有很高的氧化能力，能與空氣中的水分子發生反應，產生高活性的羥基自由基。這些化學物質很不穩定，可以“攻擊”與塗料接觸的汙染物，從而將汙染物轉化為二氧化碳和水等危害較小的物質。研究團隊還在奈米顆粒的結構中添加了磷、氮、碳和其他元素，以此降低引發反應所需的能量，使其可以利用普通陽光來發揮作用。在實驗測試中，這些改性奈米顆粒能夠去除塗料表面上高達96%的汙染物。
馬德里理工大學的化學家安東尼奧·涅託-馬爾克斯·巴列斯特羅斯（Antonio Nieto-Márquez Ballesteros）表示：“既然塗料可以在啟用後自主發揮作用，那麼最好是能利用太陽光來啟用塗料。”但他補充說，在現實世界裡，這項技術的效果可能會大打折扣。“在實驗室條件下，試驗規模非常小，所有引數都能得到很好的控制，如溫度、溼度、反應流速和汙染物濃度，但這在現實條件下是無法實現的。”
研究人員強調，這項工作只是他們研究的初步成果。“我認為這是一項非常基礎的研究，”維也納工業大學的化學家金特·魯普雷希特（Günther Rupprechter，這項研究的共同作者）說道。未來的研究將驗證這項技術去除空氣中汙染物的效果。“我們並沒有揚言，這項技術可以去除空氣中的所有汙染物，”魯普雷希特說，“但總體來看，前景樂觀。”
本文選自《環球科學》7月刊“前沿”欄目。
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