פוטוקטליזה היא תהליך שמוביל לחמצון תרכובות שונות תחת השפעת קרינת אולטרה סגולה וקטליזטור מתאים שמאפשר את קיום התגובה כולה. כתוצאה מפוטוקטליזה, תרכובות כימיות מורכבות מתפרקות למים, פחמן דו-חמצני ויונים לא-אורגניים.
לצורך ביצוע התגובה נדרש קטליזטור מתאים וכמות מספקת של אור. החומר שמתאים ביותר לתפקיד זה הוא ננו-די-תחמוצת הטיטניום (TiO2). הבעיה היא שהוא מסוגל לספוג רק קרינת UV. קרינת ה-UV קיימת גם באור נראה, אך מהווה פחות מ-5% בלבד. משמעות הדבר היא שכדי לעורר את התהליך באופן יעיל נדרשת תאורה נוספת עם מקור UV, או שיפור יכולת הספיגה של האור על ידי תוספות שונות. הפתרון השני הוא יותר כלכלי, ולכן משנים את פני השטח של תחמוצת הטיטניום בעזרת יסודות נוספים. במקרה של "טיטניום קואט באקטו ויר שילד", התוספת היא אטומי כסף בודדים. הקומפוזיציה הייחודית שלנו במדרגת המנומטר נראית כמו אשכול ענבים, כאשר הפירות הם אטומי הכסף והגבעול הוא השלד הננו-קריסטלי של תחמוצת הטיטניום. מבנה זה מיוחד ומאפשר להגנות על פני השטח במשך היום והלילה ללא צורך בתוספות נוספות.
כיצד מתבצע תהליך הפוטוקטליזה?
בתאורה הנראית, תחמוצת הטיטניום המותאמת סופגת פוטונים שמסירים אלקטרונים מהקליפה הערכית הרחוקה ביותר מהגרעין האטומי. בתור מוליך למחצה, האלקטרונים עוברים מרצועת הערכיות לרצועת ההולכה, המחולקת מרצועת הערכיות ברצועת פער. האלקטרונים ברצועת ההולכה יכולים להתחבר לחמצן וליצור רדיקלים פעילים – אניון-על-חמצן (O2–). לאחר שהאלקטרון יוצא מתחמוצת הטיטניום, נוצרות "חור" עם מטען חיובי שמתחבר למים באוויר ויוצר רדיקלים של הידרוקסיל.
רדיקלים אלו, בשל חסרון אלקטרון, הם מאוד פעילים מבחינה כימית וקל להם להיכנס לתגובות עם תרכובות אחרות. הם יכולים לקשר בין השאר תרכובות אורגניות נדיפות באוויר המזוהם, כמו בנזופירן, ביפניל ונפטלין (המצויים בפיח הרכב) ותחמוצות חנקן מזיקות. תהליך זה מפרק תרכובות מורכבות לחומרים פשוטים יותר. פעילותם יעילה במיוחד כנגד וירוסים וחיידקים, מפרקת אותם למים ופחמן דו-חמצני – חומרים שאינם מזיקים לבני אדם.
יעילות שכבות הננו TC אושרה במחקרים רבים, כולל בדיקות במעבדת Eurovir Hygiene-Labor GmbH. הבדיקות הראו פעילות מיקרוביאלית של השכבות כנגד כל הווירוסים בעלי מעטפת – HIV, HBV, HCV, וירוס השפעת ווירוסים קורונליים (כולל SARS-CoV-2). היעילות של TC נבדקה ללא חשיפה לאור (על פי פרוטוקול EN 14476:2019). תוצאות הבדיקה: 4.62 log, כלומר 1-(0.1^4.62) = אפקט חיידקיוסטטי של 99.998%. היעילות של שכבות ה-TC אושרה גם במקרים הבאים:
- חיידק זהוב Staphylococcus aureus (גרונקובקוס זהוב),
- חיידק Escherichia coli (אי קולי),
- חיידקי Listeria monocytogenes,
- חיידקי Legionella pneumophila,
- חיידקי סלמונלה טייפימוריום (Salmonella typhimurium),
- סטרפטוקוקים Alpha Hemolytic Streptococcus,
- חיידק Klebsiella pneumoniae (גרם-שלילי, גורם לדלקת ריאות),
- חיידק Pseudomonas aeruginosa (גרם-שלילי, גורם לזיהומים של ריריות ופצעים),
- פטריית Aspergillus niger (קראפט שחור),
- וירוס Vaccinia (וירוס הקרווינקה, Elstree),
- וירוס Transmissible Gastroenteritis Virus of Swine (TGEV, וירוס זיהומי של דלקת קיבה ומעי בחזירים, Toyama 36).
הבדיקות נערכו בתנאי תאורה שונים ועל סוגי משטחים שונים. יתר על כן, השכבות נבדקו גם בנוגע להפחתת NOx באוויר בהתאם לשיטה ISO 22197-1:2016, ויעילותן אושרה. TC מתפקדות היטב גם כחומרי הגנה כימיים על פאנלים סולאריים ועל חזיתות בניינים.