1. Izravna disocijacija i adsorpcija molekula vode
Na nezasićenim metalnim mjestima metalnih oksida ili poluvodičkih oksida (kao što su Ti4+, Fe3+), molekule vode prvo se adsorbiraju u molekularnom obliku, nakon čega slijedi cijepanje O-H veze, što rezultira premosnim ili terminalnim hidroksilnim skupinama (M-OH) i površinskim atomima vodika. Termodinamička pokretačka snaga ovog procesa dolazi od jake Lewisove kiselosti metalnih iona, zbog čega se molekule vode lako odvajaju. I eksperimenti i DFT izračuni pokazuju da površine prekrivene niskim sadržajem kisika imaju tendenciju disociranja i adsorpcije, dok površine prekrivene visokim sadržajem kisika imaju tendenciju adsorpcije molekula.
2. Generacija hidroksila posredovana slobodnim mjestom kisika (VO).
Površinska prazna mjesta kisika daju elektrone, čineći adsorbirane molekule vode sklonijima disocijaciji. Nakon što se molekule vode adsorbiraju na prazno mjesto, generiraju se dvije hidroksilne skupine, od kojih jedna ispunjava prazno mjesto, a druga visi na susjednom metalu. Ovaj mehanizam objašnjava fenomen značajnog povećanja gustoće hidroksila u redukcijskim ili visokotemperaturnim uvjetima, a usko je povezan s promjenama u koordinacijskom broju metalnih iona.
3.Prelijevanje vodika ili atoma vodika
Na međupovršini metal/oksid, H2 disocira na metalu i formira H ⁺/H ⁻, koji zatim migrira na površinu metalnog oksida kroz preljev vodika i formira hidroksilne skupine s površinskim kisikom. Ovaj proces je izravno promatran u katalitičkim sustavima kao što je niskotemperaturna CO oksidacija, a preljev vodika značajno je povećao brzinu stvaranja površinskih hidroksilnih skupina.
4. Fotokatalitički/UV inducirano stvaranje hidroksila
UV svjetlo pobuđuje poluvodiče kao što je TiO2 da generiraju parove elektronskih šupljina, koji hvataju površinske atome kisika da formiraju O ⁻, a zatim reagiraju s adsorbiranim molekulama vode ili hidroksilnim skupinama da generiraju površinski OH ⁻, praćeno proizvodnjom hidroksilnih radikala (· OH). Eksperimenti su pokazali da UV zračenje stvara dodatna prazna mjesta kisika na površini TiO2, koja dalje reagiraju s vodom stvarajući više hidroksilnih skupina, što dovodi do foto inducirane superhidrofilnosti.
5. Stvaranje hidroksilnih skupina na površini aluminijevog oksida
Mala količina hidroksilnih skupina prirodno postoji na površini aluminijevog oksida, a molekule vode disociraju i adsorbiraju se na tim hidroksilnim skupinama, stvarajući novi Al-OH. Tijekom taloženja atomskog sloja (ALD), TMA (trimetilaluminij) prolazi koordinacijsku izmjenu s površinskim hidroksilnim skupinama kako bi se stvorile Al-O-Al veze i oslobodio metan; Nakon toga, vodeni puls ponovno reagira s Al-O vezama za regeneraciju površinskih hidroksilnih skupina, postižući cikličku regeneraciju hidroksilnih skupina.
6. Površinska rekonstrukcija - Migracija metala dovodi do agregacije hidroksila
Na kristalnoj površini aluminijevog oksida ili titanijevog oksida, lokalni metalni ioni (kao što je Al3+) migriraju na površinska prazna mjesta pod visokom temperaturom ili visokim hidrokemijskim potencijalom, tvoreći hidroksilne klastere tipa Al (OH) 3 ili Ti (OH) 3 . Ova rekonstrukcija je popraćena iskrivljenjem rešetke, što čini adsorpciju hidroksilnih skupina na susjednim molekulama vode povoljnijom, tvoreći bazni sloj hidroksila visoke gustoće.
7. Mehanizam hidrolize hidroksilnih skupina na površini silicija
Na premosnoj vezi Si-O-Si, molekule vode spajaju se s vezom silicij kisik sinergističkim prijenosom elektrona protona, tvoreći Si-OH skupine. Ovaj proces je posebno važan kod korozije naprezanja na vrhu pukotine i površinske hidrolize stakla, a pojačanje Si-OH vlačne vibracije izravno je opaženo eksperimentalnom infracrvenom spektroskopijom.
