本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
催化服裝 是一種“時尚”的空氣質量解決方案，是由前時裝設計師 海倫·斯托瑞 和謝菲爾德大學教授安東尼·瑞安發起的大膽環境時尚倡議。這項時裝與科學之間的實驗旨在透過用二氧化鈦奈米顆粒（防曬霜中的光觸發催化劑）處理的牛仔褲來淨化我們呼吸的空氣。《海倫·斯托瑞基金會》的時裝天才海倫·斯托瑞和 聚合物化學家 託尼·瑞安教授正與 Ecover 合作，生產一種簡單的奈米顆粒配方“綠色”洗衣產品，有可能將公眾變成一個淨化空氣的利他主義社群。
讓我們面對現實……我們的空氣一團糟。總的來說，我們未能達到關鍵汙染物的空氣排放目標，這些汙染物影響著我們的環境和健康，包括氮氧化物 (NOx) 和有機揮發物。根據 EPA 的資料，氮氧化物主要來自汽車、卡車和公共汽車、發電廠以及非道路裝置的排放。氮氧化物是霧霾中導致呼吸道疾病和癌症的物質，並反應形成酸雨。僅在英國，有機揮發物每年就導致 29,000 人死亡，哮喘問題日益嚴重，尤其是在生活在氮氧化物和其他汙染物濃度高的大城市的年輕人中。儘管已採取多項措施來減少空氣中氮氧化物和有機揮發性汙染物的濃度，但 排放標準 在很大程度上仍未達到。
這種情況可能即將改變，而且將由普通公民之手實現。前時裝設計師海倫·斯托瑞和聚合物化學家託尼·瑞安教授提出了一種可愛的解決方案：在我們每天穿著的衣服中構建空氣淨化功能。斯托瑞認為，我們可以利用的每一個表面——無論是我們內心的還是我們衣服和身體的外部——都需要變得“更智慧”。斯托瑞和瑞安教授正在透過用稱為奈米二氧化鈦的微小顆粒處理時尚牛仔褲，使其變得“智慧”。奈米二氧化鈦，或二氧化鈦奈米顆粒，充當強大的催化劑，加速有害氮氧化物空氣汙染物轉化為無害副產品的過程，這些副產品可以被雨水沖走。這一切都發生在普通人的牛仔褲表面。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
斯托瑞和瑞安教授試圖透過藝術和時尚讓公眾參與到環境問題中。“時尚是一種了不起的溝通工具，”斯托瑞說。“儘管它有各種缺點，但它可以做的一件事是非常有力且連貫地傳播一種想法。它可以激發人們對其的大力支援。想象一下，如果可以將這種能量激發到可以真正拯救生命的事情上。”
“託尼和我穿著我們的空氣淨化牛仔褲四處走動——基於其規模需求，淨化效果不是很明顯——但我穿著我的，希望我能無限地改善我們的空氣質量。託尼說他穿他的，這樣他就可以整天放屁而沒有人會知道！”——海倫·斯托瑞
催化服裝——解決方案
“一切都與表面積有關，”託尼·瑞安教授談到他和斯托瑞正在使用的奈米級催化劑，這些催化劑可以將你衣櫥深處的牛仔褲變成空氣清淨機。這個藝術家和科學家的團隊試圖利用我們每天穿著的衣服的“足球場”表面積來發揮創造性和至關重要的功能（除了遮羞或表達我們的風格之外）：淨化我們周圍空氣中的有害氮氧化物和其他有機汙染物。
“我們問自己，我們是否可以將某些東西應用到服裝表面，因為我們知道服裝表面積遠大於許多其他表面，從而解決世界性問題？”——海倫·斯托瑞
催化服裝 - 歷史
十五年前，斯托瑞結束了“為邁克爾·傑克遜、王子和麥當娜這樣靠外表或聲音謀生的名人打扮”的商業時裝生涯，“為了尋找新的東西”，斯托瑞說道。她偶然看到一份來自惠康信託基金會的傳單，內容是關於一項名為 “SciArt” 的倡議。“他們試圖做的是將科學家和藝術家聚集在一起，其想法是藝術家可以用公眾可以參與的方式闡明或生動地展現複雜的科學領域，”斯托瑞說。“SciArt”是斯托瑞進入一個新世界，甚至可能是時裝新時代的跳板。
“時尚每 3 秒鐘變化一次，而科學可能需要 10-15 年才能將某件事做好並推向市場。催化服裝……是要求時尚放慢腳步，以便做一些有價值且超越當下的事情，並要求科學加快速度，因為世界需要答案的速度比以往任何時候都更快。”——海倫·斯托瑞
斯托瑞首次與瑞安教授合作開展一個橋接科學、環境和時尚的專案，此前她聽了他在 BBC 廣播系列節目《物質世界》中的演講。“他聽起來像是單口相聲演員和科學怪才的結合體……所以我給他打了電話，”斯托瑞說。這位藝術家和材料科學家一拍即合；“我們開始討論材料可以具有行為的全部程度，以及我們可以將這種行為推向多遠，”斯托瑞說。
時尚與科學的最初結合，一個名為 仙境 的專案，以相當神奇的消失禮服為特色，讓斯托瑞和瑞安開始讓公眾參與到材料概念中，瞭解我們消耗了多少材料以及我們的材料去了哪裡和沒有去哪裡。“我們與他們進行了這種尷尬的對話，但透過敬畏和美麗，而不是嚇唬他們或讓他們感到內疚，”斯托瑞說。團隊開始意識到藝術和時尚在以比期刊或書面形式更易於理解的方式向公眾傳遞有關科學的資訊以及科學的可能性方面的力量。
斯托瑞和瑞安教授與 14 歲和 15 歲的學生一起參加了一個仙境專案研討會，與學生們討論了作為藝術家與科學家合作以及反之亦然的感受，這時一位年輕的女學生在觀眾席上播下了催化服裝的想法種子。“她說，‘我認為科學家應該做的是利用在任何情況下都會發生的事情，而且要更頻繁地利用，’”斯托瑞說。“我們都被這個評論震驚了——這種以新方式利用已經存在的事物的概念，”斯托瑞說。
當瑞安教授對一個人衣服的表面積進行“桌面下”計算時，他發現我們在奈米尺度上大約有一個足球場的可用表面積。“這是一個巨大的催化表面，本質上什麼也沒做。它可以讓我們保暖，當然我們的衣服也向我們面前的人們傳達了一些關於我們是誰，或者我們想被看作是誰的資訊——但就作為一個活性表面而言，它什麼也沒做，”斯托瑞說。
因此，催化服裝誕生了。
“考慮到我的時尚背景，我們繼續思考我們表面的東西可以做什麼——無論如何都存在的東西，這是有道理的！”——海倫·斯托瑞
斯托瑞和瑞安教授聯絡了 Cristal Global，全球第二大奈米二氧化鈦催化劑供應商，建議就紡織品而不是傳統硬質表面開展合作。“起初，我認為他們認為我們很蠢，”斯托瑞說。“但他們用我們的紡織品做了測試——然後他們重做了，又重做了，又重做了，因為它們的功效幾乎超出了範圍。”Cristal Global 以前從未測量過如此高效的催化劑。
“我們發現的另一件事是，牛仔布牛仔褲是所有表面中最有效的，”斯托瑞說，“它們也是世界上最民主的服裝。”如今，地球上的牛仔褲比人口還多。“即使我們只能讓它在牛仔褲上發揮作用……我們也會做一件好事，”斯托瑞說。
催化服裝——科學原理
催化服裝塗有奈米二氧化鈦催化劑。當您在洗衣機中清洗衣服時，這些小顆粒可以洗入您衣服的任何一件，例如您的牛仔褲。斯托瑞和瑞安教授設想，催化劑將透過織物柔軟劑型別的產品輸送。催化服裝已與 Ecover 合作，Ecover 是一家以在環境領域勇於開拓和先鋒而聞名的消費品公司，旨在為公眾使用配製此類產品。
“……我們不是要求任何人為了購買新東西而購買新東西——而是透過簡單地要求您用特定產品清洗它，將一些激進的技術新增到您已經擁有的東西，新增到您現有的衣櫥中。”——海倫·斯托瑞
催化劑顆粒是直徑小於 10 奈米（1 奈米 = 十億分之一米）的小球。“由於顆粒很小，所以它們‘粘附’。一旦它們粘附在織物表面，它們就會粘附在織物表面，並且只有當織物降解時，它們才會從織物上脫落，”瑞安教授說。當您的牛仔褲的棉纖維斷裂，並且您的牛仔褲變白時，顆粒最終會脫落，但傳統的洗滌過程或在外面跑動不會給催化劑顆粒帶來任何問題。
與肉眼可見的大顆粒相比，奈米顆粒具有極高的表面積與體積比。“大部分 [催化劑] 材料都是表面，”瑞安教授解釋說。當我們談論催化劑時，更大的表面積是關鍵。奈米二氧化鈦催化劑利用氧氣和光以及其活性表面，將氮氧化物轉化為危害較小的水溶性產品硝酸。催化劑還可以與有機揮發物反應，生成一種熟悉的水溶性產品：肥皂。
倫敦已經進行了各種試驗，在 城市表面（如人行道和學校牆壁）上使用二氧化鈦奈米顆粒來去除空氣中的氮氧化物。然而，這些試驗發現，雖然奈米催化劑可以保持這些表面的清潔，並且可以淨化少量空氣，“但來自汽車的廢氣量如此之大，以至於它們實際上並沒有在人類意義上改善空氣質量，”斯托瑞說。
瑞安教授用“智慧”建築的例子解釋了催化服裝的工作原理。“自清潔窗戶是奈米二氧化鈦催化劑的經典例子，”他說。這些窗戶中的奈米二氧化鈦材料與氧氣一起與汙垢反應，生成類似肥皂的產品。“氧化的汙垢就是肥皂，當它反應時，窗戶就會自動清潔，”瑞安教授說。這項技術也已廣泛應用於建築領域。在羅馬有一座教堂，在馬德里還有一座教堂，它們都是 “自清潔”教堂。“由於光催化劑的作用，它們保持非常非常白，光催化劑有效地一遍又一遍地重新漂白教堂的表面，”瑞安教授解釋說。
催化服裝利用相同的化學原理去除空氣中的一氧化氮 (NOx)，但略有不同。
雖然大多數建築表面的表面積都不是特別高，但服裝的表面積卻超出了我們的想象。事實證明，一條重一磅的牛仔褲的表面積大於 195 平方英尺——這覆蓋了一個普通客廳的佔地面積。“表面積越大，氮氧化物的去除量就越多，”瑞安教授說。與建築表面相比，衣服每單位面積的織物去除的氮氧化物更多，因為衣服的有效表面積非常高。
“想象力的飛躍與其說是一項新技術，不如說是回到 14 歲女孩的想法，利用已經存在的東西，並僅僅考慮一個完全不同的使用領域。這就是催化服裝的由來，”斯托瑞說。“這裡沒有新的科學，我們只是利用一項已建立的技術，”瑞安教授說。二氧化鈦奈米顆粒不僅存在於自清潔窗戶中——您還可以在牙膏和防曬霜中找到這些顆粒。奈米二氧化鈦在防曬霜中用作紫外線吸收劑，吸收有害的紫外線，從而保護我們的皮膚。
那麼，需要多少人穿催化牛仔褲才能達到氮氧化物的排放目標呢？“我們已經計算過，要使託尼教授所在的謝菲爾德市達到氮氧化物排放限值以下，需要多少人，”斯托瑞說。對於每年產生 9000 噸氮氧化物的城市來說，答案是 33.3 萬人……僅佔該市總人口的三分之二。
催化服裝——文化實驗
“科學通常在緊閉的大門後發生。他們最終走出來說‘完成了！’但他們經常忘記詢問我們是否真的需要它。我試圖縮小這種差距，並將外部世界（社會）和學術界內部世界（主要是大學）之間的所有點連線起來——無論這被認為是藝術還是科學。”——海倫·斯托瑞
催化服裝試圖就其未來產品開發保持全球對話，將公眾的聲音以及公眾對該技術的希望和擔憂反饋給建立紡織催化劑產品的科學團隊。斯托瑞能夠派遣倫敦時裝學院（學習“時尚與環境”課程）的一隊研究生到公共領域收集公眾對催化服裝技術的反饋，並更廣泛地考慮科學如何影響他們自己的藝術發展。請參閱公眾反饋生活地圖。
“當您與街上的任何人交談，而他們剛剛開始理解這個概念時，您收到的最常見的反饋是他們認為自己會變成吸塵器，”斯托瑞說。“這根本不是這項技術的工作原理，”斯托瑞說。催化劑只有在遇到紫外線和氧氣時才會被觸發併發揮作用。“反應發生在你周圍，而不是在你身上，”斯托瑞說。“你衣服上的催化劑會觸發你周圍的反應。
實際上，您走在自己更純淨的空氣泡泡中，”斯托瑞說。“但這項技術可愛而頗具詩意的方面是，您個人不會受益。您讓身後走在您氣流中的人受益，就像您從走在您前面的人受益一樣，因為您走在他們的氣流中。也許這是世界上第一項利他主義技術。”
公眾反饋為團隊提供了一個非常好的線索，讓他們瞭解如何開始談論他們的“催化牛仔褲”，以便讓足夠多的人穿上它們，最終對空氣質量產生影響。“科學家們永遠不會想到很多關於這項技術的看法——實際上我也不會，”斯托瑞說。“不斷被街頭的現實保持警惕意味著，當這項技術確實可用時，它將已經擁有一個渴望它的市場，”她說。
“它只有在每個人都這樣做時才真正有效。這真的是一件利他的事情。問題是，你如何推銷利他主義？大多數銷售實際上都是基於個人利益完成的——因此對於大公司的營銷部門來說，這是一個非常大的問題。”——瑞安教授
這就是藝術、科學和時尚的結合可以發揮作用的地方。藝術或許可以將科學和環保主義提升到新的高度。“我們正試圖在產品上市之前先傳達文化資訊，”瑞安教授說。我個人認為這是一個美妙且非常必要的結合。科學通常為科學而“出售”，讓非科學家對可能具有創新性和成功想法的事物感到冷漠。關於催化服裝最有趣的是，就其本身而言，科學並不新鮮，但整個專案都具有藝術性的啟發性，並且可能從根本上改變我們對環境的行為和態度。
觀看這部關於催化服裝的美麗系列影片——我最喜歡的是第二部影片（從第 2:00 分鐘開始）！
催化服裝故事，來自 海倫·斯托瑞基金會，在 Vimeo 上。
在 Twitter 上查詢催化服裝 @ProfHelenStorey 和 Facebook 上。
連結:
催化服裝背後的科學原理：http://www.catalytic-clothing.org/faq.html
圖片：DED 攝於切爾西藝術學院的“牛仔褲田野”立體照片