通常而言，表面自清洁技术是使材料表面的污染物在重力、风雨效应或太阳光辐射等自然力量作用下能够自动脱落或被降解去除，达到在自然条件下保持表面清洁目的的一种表面功能化技术方法，一般具有免清洗和节能节水的特点。依据表面润湿性，表面自清洁可分为超疏水表面自清洁和超亲水表面自清洁。其中水接触角高于150°的材料表面一般称为超疏水表面，而其接触角接近于0°的材料表面则称为超亲水表面。对于超疏水表面自清洁技术，其通过水滴滚动带走污染物以实现类似于荷叶表面的自清洁功能。研究证明，荷叶超疏水表面自清洁特性主要是由于其表面乳突的微纳米粗糙结构可以提高水滴的接触角，导致水滴极易从表面滚落。水滴在表面滚动时带走了表面的污染物而实现自清洁效应。另一方面，在自清洁过程中，当水滴对污染物的黏附力远大于超疏水化表面对污染物的黏附力时，水滴也会在滚动的同时快速带走污染物。接触角越大，水滴在材料表面越易于形成球状态滚动，并带走表面污染物，因此具有大接触角的材料表面通常显示出更强的自清洁能力。但是，目前超疏水表面自清洁技术仍存在制备工艺复杂、物理机械性能不佳以及去除油性污染物能力差等不足，限制了其在实际中的应用。相比较而言，基于无机光催化半导体材料的超亲水表面自清洁技术的实际使用价值更高。最典型的无机光催化半导体材料当属纳米TiO2，其自清洁原理主要包括两个方面，一是纳米TiO2光催化剂在紫外光辐照下产生电子—空穴对，其与吸附在催化剂表面的水和氧气分子发生氧化还原反应生成氢氧自由基和超氧自由基等。这些具有高氧化性的自由基能够氧化分解材料表面的有机污染物，实现表面自清洁。二是纳米TiO2光催化剂在光辐射条件下，显示出相互转化的超双亲表面特性，这在自清洁过程中发挥着非常重要的作用。

如图6-1所示，在紫外光辐射前纳米TiO2结构中的钛原子之间主要通过桥氧键而连接起来形成疏水结构。当受到紫外光辐射后，钛原子之间的桥氧键断开并产生新的氧空位，它们能够与空气中的自由水结合形成化学吸附水，使得纳米TiO2薄膜表面形成均匀分布的纳米亲水性微区。紫外光辐射前后纳米TiO2分子结构的变化引起纳米TiO2薄膜表面亲疏水性能的变化。纳米TiO2薄膜表面在紫外光辐射后，由疏水性转化为超亲水性，其表面的水接触角接近于0，即水滴几乎可以平铺于薄膜表面。这种特性不仅使得污染物与纳米TiO2薄膜表面更紧密地接触，污染物随水膜的铺展而被带走，进一步提高纳米TiO2光催化分解效率，而且也有利于雨水等外界因素对污染物的冲刷作用，从两个方面促进了纳米TiO2的表面自清洁作用，使得纳米TiO2材料能在实际使用中表现出更加理想的自清洁性能。

图6-1　紫外光辐射诱导纳米TiO2结构变化原理(www.daowen.com)

基于光催化剂的自清洁纺织品是指在纤维表面附着一层含有纳米TiO2等光催化剂的织物。当有机污染物沾污织物表面时，在光辐射条件下负载于织物表面的光催化剂可将这些有机污渍氧化降解变成小分子，甚至矿化为CO2和水，实现自清洁的目的。基于光催化剂的自清洁纺织品是一种具有自清洁性能的智能纺织品，其具有保持织物表面不被污渍沾染或者被沾染后通过光催化反应将污渍降解去除的性能。基于光催化剂的自清洁纺织品能够吸收不同波长的辐射光，并在纤维表面生成以多种具有高氧化性的活性物质，如氢氧自由基和超氧自由基等，以达到分解去除不同种类有机污渍的目的。此外，这些强氧化性的活性物质还能够通过氧化有机物的不饱和键来破坏生物大分子（如蛋白质、脂类以及核酸大分子），对生物的细胞结构造成致命性破坏，具有抑制细菌生长和消除病毒活性的能力，最终实现对生物污染物的自清洁或抗菌的目的。在众多光催化剂中，纳米TiO2是光催化性能最好和应用最为广泛的半导体材料。纳米TiO2负载纺织品不仅可以对织物表面的污渍能够光催化降解，还可以分解空气中的污染物。从环保和节能方面分析，自清洁功能纺织品不仅可以缓解洗涤带来的环境和能源问题，而且还兼具抗菌除螨、防霉防蛀、抗皱免烫和防紫外线等特点。因此可以相信，在当前环境污染日趋严重的形势下，基于纳米光催化剂的自清洁纺织品显示出越来越大的发展潜力和广阔的市场前景。