纳米级粗糙度和形貌影响二氧化钛表面的等电点

我们报告了关于表面纳米级粗糙度和形貌对水溶液中纳米结构二氧化钛 (TiO2) 表面充电行为作用的系统研究。通过直接测量 TiO2 表面与原子力显微镜微米级球形二氧化硅探针在 NaCl 水溶液电解质中的静电双电层相互作用，表征了表面的等电点 (IEPs)。使用胶体探针提供了明确定义的相互作用几何形状，并允许有效地探测纳米级形貌的整体效应。通过使用超声团簇束沉积制备纳米结构 TiO2 薄膜，我们实现了对表面形貌参数的定量控制。我们在不同的相互作用机制下系统探索了双电层特性，这些机制由系统特征纳米长度的不同比率表征：表面均方根粗糙度 Rq、相关长度 {\xi} 和 Debye 长度 {\lambda}D。我们观察到，相对于平坦的金红石型 TiO2 晶体，粗糙纳米结构表面的 IEP 显著降低了数个 pH 单位。为了解释观察到的 IEP 行为，我们将粗糙度引起的双电层自重叠视为偏离平坦表面预期趋势的潜在来源。