二氧(yang)化鈦（TiO2）材料因優秀的(de)(de)(de)光催化性能(neng)，應用于化妝品(pin)、抗菌(jun)除污和催化體系等。1997年，日本科學(xue)家(jia)藤島昭等在《自然》上首(shou)次報道了常(chang)(chang)溫(wen)下紫外(wai)照射的(de)(de)(de)TiO2表(biao)(biao)面(mian)發生從疏水(shui)(shui)(shui)到親(qin)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)浸潤轉(zhuan)變。近(jin)年來，許多課題(ti)組提出了較(jiao)多不同(tong)的(de)(de)(de)機制解(jie)釋這一(yi)親(qin)疏水(shui)(shui)(shui)轉(zhuan)變現象(xiang)，包括表(biao)(biao)面(mian)氧(yang)缺(que)陷、表(biao)(biao)面(mian)水(shui)(shui)(shui)解(jie)離產生OH、表(biao)(biao)面(mian)污染物吸(xi)附/解(jie)離等，但(dan)該領域(yu)一(yi)直存在爭議。實際上，該領域(yu)有一(yi)些基本問題(ti)，例如，常(chang)(chang)溫(wen)下TiO2表(biao)(biao)面(mian)到底是親(qin)水(shui)(shui)(shui)還是疏水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)基本問題(ti)，尚不完全清楚。

中國(guo)科學(xue)院(yuan)上(shang)海高等研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)院(yuan)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)員王春雷、高嶷，聯合美國(guo)賓(bin)夕法(fa)尼(ni)亞(ya)大學(xue)教授(shou)J.Francisco、復旦(dan)大學(xue)劉韡韜實(shi)驗課題(ti)(ti)組(zu)、中科院(yuan)上(shang)海應用物理(li)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)所(suo)、中科院(yuan)理(li)論物理(li)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)所(suo)，以(yi)(yi)TiO2的(de)(de)Rutile晶型110面(mian)(mian)為例，通過(guo)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)和頻(pin)振動光譜理(li)論計算和實(shi)驗發(fa)現(xian)常溫下(xia)該表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)上(shang)由于(yu)強的(de)(de)TiO2/水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)相互作用存(cun)在雙層(ceng)有(you)序水(shui)(shui)(shui)(shui)，進(jin)而(er)基于(yu)傳統力場(chang)+機(ji)器學(xue)習訓練力場(chang)的(de)(de)經典分子(zi)(zi)動力學(xue)模擬進(jin)一步(bu)發(fa)現(xian)，該有(you)序水(shui)(shui)(shui)(shui)導(dao)致水(shui)(shui)(shui)(shui)層(ceng)上(shang)水(shui)(shui)(shui)(shui)滴存(cun)在（接(jie)觸(chu)角約25度），即出現(xian)了常溫不(bu)完全(quan)浸(jin)潤(run)的(de)(de)雙層(ceng)有(you)序水(shui)(shui)(shui)(shui)現(xian)象。這(zhe)(zhe)(zhe)為探究(jiu)(jiu)(jiu)常溫TiO2表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)浸(jin)潤(run)性(xing)提出了全(quan)新(xin)機(ji)制：TiO2表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)自身(shen)是(shi)超親(qin)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)，但表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)吸附的(de)(de)有(you)序水(shui)(shui)(shui)(shui)層(ceng)體現(xian)出弱疏(shu)水(shui)(shui)(shui)(shui)現(xian)象。這(zhe)(zhe)(zhe)解(jie)決(jue)了本征TiO2表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)親(qin)疏(shu)水(shui)(shui)(shui)(shui)性(xing)問題(ti)(ti)的(de)(de)基本問題(ti)(ti)。進(jin)一步(bu)，基于(yu)這(zhe)(zhe)(zhe)一新(xin)機(ji)理(li)，我們可以(yi)(yi)探索紫外照射TiO2發(fa)生(sheng)從(cong)疏(shu)水(shui)(shui)(shui)(shui)到親(qin)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)浸(jin)潤(run)轉變(bian)的(de)(de)機(ji)制：表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)OH或者氧缺陷(xian)會破(po)壞表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)有(you)序水(shui)(shui)(shui)(shui)層(ceng)，進(jin)而(er)增強表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)水(shui)(shui)(shui)(shui)層(ceng)的(de)(de)親(qin)水(shui)(shui)(shui)(shui)性(xing)。而(er)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)吸附甲酸乙酸分子(zi)(zi)可以(yi)(yi)有(you)效的(de)(de)驅替表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)水(shui)(shui)(shui)(shui)分子(zi)(zi)，造成表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)更加疏(shu)水(shui)(shui)(shui)(shui)，這(zhe)(zhe)(zhe)解(jie)釋了該材料在空氣(qi)中放(fang)置時間久以(yi)(yi)后接(jie)觸(chu)角更大（約45度）的(de)(de)現(xian)象。

2009年(nian)，王(wang)春(chun)雷等(deng)理(li)論(lun)預(yu)言了常(chang)溫下不(bu)完全浸潤的(de)有序單層水(shui)(shui)(shui)現(xian)象(xiang)（Phys.Rev.Lett.,2009,103,137801），提(ti)出宏觀疏(shu)水(shui)(shui)(shui)和微觀親(qin)水(shui)(shui)(shui)共存于一個表(biao)面即分子尺(chi)度親(qin)水(shui)(shui)(shui)性。后續，較多課題組在理(li)論(lun)和實驗上(shang)在不(bu)同材(cai)料中均發現(xian)該(gai)(gai)現(xian)象(xiang)，如重金屬Pt和Pd、氧化物SiO2和Al2O3，以及滑石和羧基(ji)自組裝單分子層表(biao)面等(deng)，表(biao)明該(gai)(gai)現(xian)象(xiang)廣泛存在。而TiO2體(ti)系是該(gai)(gai)理(li)論(lun)的(de)又(you)一實例（但該(gai)(gai)表(biao)面上(shang)是雙層水(shui)(shui)(shui)結(jie)構(gou)），并運用該(gai)(gai)理(li)論(lun)解決了領(ling)域內長期存在的(de)問題。

相關(guan)研究(jiu)成果(guo)發表在(zai)Chemical Science上。研究(jiu)工作得到國家自然基(ji)(ji)金優秀青年科學基(ji)(ji)金項(xiang)目/面上項(xiang)目、中科院青年科學促進會(hui)的支(zhi)持。

以TiO2的Rutile晶(jing)型110表面為例，和(he)頻(pin)共振光譜實驗與理論發現常溫下該表面上有序雙層水(shui)結構(gou)，且該有序結構(gou)導(dao)致水(shui)層上水(shui)滴(di)存在。