Princip superhidrofilnih TiO2 površina
Obično površina obložena TiO2 ima širok kontaktni kut s vodom, ali kontaktni kut vode smanjen je na manje od 5 stupnjeva nakon UV zračenja, a može čak doseći 0 stupnjeva (tj. kapljice vode potpuno su raspršene na Tio2 površina), pokazujući vrlo snažnu hidrofilnost. Nakon prestanka izlaganja svjetlosti, superhidrofilnost površine održava se nekoliko sati do tjedan dana, a zatim se polako vraća u hidrofobno stanje prije ozračivanja. Daljnje zračenje ultraljubičastim svjetlom može biti superhidrofilno, a isprekidano ultraljubičasto zračenje može učiniti da površina uvijek održava superhidrofilno stanje.
Izvorno se smatralo da superhidrofilnost površine TiO2 potječe od fotokatalitičke razgradnje organskih molekula adsorbiranih na površini: dok je sama površina TiO2 hidrofilna zbog kemisorpcije vode, adsorpcija organske tvari u zraku čini površinu hidrofobni. Kada je ozračena UV svjetlom, površina stvara jake oksidirajuće aktivne hidroksilne skupine, a hidrofobna organska tvar se oksidira i razgrađuje pozitivnim hidroksilnim skupinama kroz reakciju fotokatalitičke razgradnje, čime se površina ponaša u hidrofilnom stanju; kada se svjetlo zaustavi, organska tvar će se postupno adsorbirati na površini TiO2 i vratiti se u hidrofobno stanje. Ipak, pokazalo se da se superhidrofilnost površine TiO2 razlikuje od fotokatalitičke oksidacije i razgradnje TiO2, već je to druga vrsta reakcije inducirane svjetlom na samoj površini TiO2. Iz sljedećih razloga: ① Superhidrofilnost površine TiO2 nije povezana s učinkovitošću fotorazgradnje organske tvari. Uočeno je u nekim monokristalima ili polikristalima TiO2 bez fotokatalitičke aktivnosti ili s vrlo niskom fotokatalitičkom aktivnošću; ② Dopiranje nekim metalnim ionima (npr. bakar) može poboljšati reakciju fotokatalitičke oksidacije TiO2, istovremeno smanjujući superhidrofilno svojstvo površine TiO2; ③ Za razliku od porozne površine TiO2 i najvećeg mogućeg reakcijskog područja potrebnog za reakciju fotokatalitičke oksidacije, glatka i gusta površina pogodnija je za njegovo superhidrofilno svojstvo. Pod normalnim uvjetima, uljasta tijela kao što su etilen glikol heksadekan i gliceril trioleat imaju veliki kontaktni kut s površinom TiO2. Međutim, nakon UV zračenja, te će se tekućine također potpuno infiltrirati u površinu staklenog premaza, odnosno nakon UV zračenja TiO2 površine s amfifilnom aktivnošću voda-ulje.
Vjeruje se da je superhidrofilnost površine TiO2 pod svjetlosnim uvjetima učvršćena promjenama u površinskoj strukturi: pod uvjetima UV zračenja, elektroni valentnog pojasa TiO2 pobuđeni su u vodljivi pojas, elektroni i šupljine migriraju na površinu TiO2, generirajući elektron -parovi šupljina na površini, elektroni reagiraju s Ti4 plus, šupljine reagiraju s površinskim ionima kisika, koji tvore pozitivne trovalentne ione titana odnosno kisikova prazna mjesta. U tom slučaju, voda u zraku se disocira i adsorbira u slobodnom prostoru kisika, tvoreći kemisorbiranu površinu (površinska hidroksilna skupina). Ova kemisorpcijska površina može dalje adsorbirati vodu u zraku i formirati fizički adsorpcijski sloj, tj. oko Ti3 plus defekta formira se visoko hidrofilna zona amblema, dok preostalo područje površine ostaje hidrofobno, tvoreći tako jednoliko zoniranu nano-veličinu odvojenu hidrofilna i oleofilna zona amblema na površini TiO2, slično dvodimenzionalnom kapilarnom fenomenu. Budući da je veličina kapljica vode ili ulja mnogo veća od hidrofilnog ili oleofilnog područja, makroskopska površina TiO2 pokazuje hidrofilna i oleofilna svojstva. Kapljice vode ili ulja adsorbira hidrofilna mikroregija odnosno lipofilna amblematska regija, infiltrirajući se na površinu. Kada se prekine zračenje UV svjetlom, kemisorbirane hidroksilne skupine zamjenjuju se kisikom u zraku i vraćaju se u hidrofobno stanje.
