伊思卡，纽约州——二氧化钛是几种能自我清洁的矿物之一;它们利用来自太阳的能量将降落在它们表面的任何“脏东西”转化为无害的气体，然后飘走。

这些矿物被用作从建筑瓷砖到汽车镜子的所有东西的涂层，但它们自我清洁能力的本质尚不清楚。当在真空中检查这些表面时，科学家们看到的是预期中的单个钛原子，但当在空气或溶液中检查这些表面时，一种未知分子似乎选择性地附着在表面上的每一个其他金属原子上，形成了一个近乎完美的单分子厚度的层。但是这些分子是什么，为什么它们不与每个金属原子结合呢?

康奈尔大学化学和化学生物学教授Melissa Hines和奥地利维也纳工业大学表面科学教授Ulrike Diebold的实验室进行了一项国际合作，他们得出了一个令人惊讶的结论:这些自我清洁的表面是由一种已知最古老的清洁剂覆盖的:简单的醋。

“我们认为，这层分子正在帮助二氧化钛反应，”海恩斯说。他的论文《高亲和吸附导致TiO上的分子有序界面》₂发表于8月23日的《空气与解决方案》科学．Hines是资深作者，William J.I. DeBenedetti，化学博士生和Hines实验室的成员，也有贡献。

研究人员结合了多种技术，发现当二氧化钛暴露在空气中时，其表面会覆盖一层单分子厚的两种有机酸层:醋酸(醋)和它的近亲甲酸。两者都是树木和灌木生长时自然产生的副产品，在城市和农村环境中都以十亿分之一的浓度存在于空气中。

为了证实这一发现，在伊萨卡的农村和维也纳的城市都进行了实验。“我们在多个地方进行实验是至关重要的，”海恩斯说，他在休假期间在维也纳进行了研究。“如果我们在维也纳做这件事，每个人都会说，‘不知道为什么，你们的大楼充满了醋的味道。’”

这些分子选择性地附着在自清洁表面上是由于其结构的特殊性。这些分子具有双齿状(字面意思是“两颗牙齿”)的结合，这使它们能够在高温下紧紧地附着在表面上，而其他分子，如只有单齿状结合的醇，则不能。

这种双齿结合使每个分子与两个钛原子结合。由于每两个钛原子对应一个分子，先前的研究人员认为分子只与一半的钛原子结合。

这种化学理解可能有助于解释二氧化钛的自清洁特性。酸分子使表面具有“分裂人格”。在天气晴朗的日子里，酸分子会自发地在表面聚集成一层疏水蜡涂层，它会排斥多种类型的分子。然而，在雨天，酸会迅速被冲走，露出亲水的表面，这对冲洗灰尘和其他颗粒的薄膜作用至关重要。

尽管有了这一新的认识，这种材料仍有许多谜团，康奈尔大学的研究人员目前正在研究阳光在自清洁过程中的作用。

海恩斯说:“表面的这些分子在某种程度上有助于这种非常有趣的化学反应，即自我清洁和氧化特性。”“我们才刚刚开始了解那里发生了什么。”

这项研究的其他贡献者来自捷克共和国的布尔诺理工大学。这项工作得到了国家科学基金会、美国能源部国家能源研究科学计算中心、奥地利科学基金和欧洲研究委员会的支持。