本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
催化服装 是一种“时尚”的空气质量解决方案，是由前时装设计师 海伦·斯托瑞 和谢菲尔德大学教授安东尼·瑞安发起的大胆环境时尚倡议。这项时装与科学之间的实验旨在通过用二氧化钛纳米颗粒（防晒霜中的光触发催化剂）处理的牛仔裤来净化我们呼吸的空气。《海伦·斯托瑞基金会》的时装天才海伦·斯托瑞和 聚合物化学家 托尼·瑞安教授正与 Ecover 合作，生产一种简单的纳米颗粒配方“绿色”洗衣产品，有可能将公众变成一个净化空气的利他主义社区。
让我们面对现实……我们的空气一团糟。总的来说，我们未能达到关键污染物的空气排放目标，这些污染物影响着我们的环境和健康，包括氮氧化物 (NOx) 和有机挥发物。根据 EPA 的数据，氮氧化物主要来自汽车、卡车和公共汽车、发电厂以及非道路设备的排放。氮氧化物是雾霾中导致呼吸道疾病和癌症的物质，并反应形成酸雨。仅在英国，有机挥发物每年就导致 29,000 人死亡，哮喘问题日益严重，尤其是在生活在氮氧化物和其他污染物浓度高的大城市的年轻人中。尽管已采取多项措施来减少空气中氮氧化物和有机挥发性污染物的浓度，但 排放标准 在很大程度上仍未达到。
这种情况可能即将改变，而且将由普通公民之手实现。前时装设计师海伦·斯托瑞和聚合物化学家托尼·瑞安教授提出了一种可爱的解决方案：在我们每天穿着的衣服中构建空气净化功能。斯托瑞认为，我们可以利用的每一个表面——无论是我们内心的还是我们衣服和身体的外部——都需要变得“更智能”。斯托瑞和瑞安教授正在通过用称为纳米二氧化钛的微小颗粒处理时尚牛仔裤，使其变得“智能”。纳米二氧化钛，或二氧化钛纳米颗粒，充当强大的催化剂，加速有害氮氧化物空气污染物转化为无害副产品的过程，这些副产品可以被雨水冲走。这一切都发生在普通人的牛仔裤表面。
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斯托瑞和瑞安教授试图通过艺术和时尚让公众参与到环境问题中。“时尚是一种了不起的沟通工具，”斯托瑞说。“尽管它有各种缺点，但它可以做的一件事是非常有力且连贯地传播一种想法。它可以激发人们对其的大力支持。想象一下，如果可以将这种能量激发到可以真正拯救生命的事情上。”
“托尼和我穿着我们的空气净化牛仔裤四处走动——基于其规模需求，净化效果不是很明显——但我穿着我的，希望我能无限地改善我们的空气质量。托尼说他穿他的，这样他就可以整天放屁而没有人会知道！”——海伦·斯托瑞
催化服装——解决方案
“一切都与表面积有关，”托尼·瑞安教授谈到他和斯托瑞正在使用的纳米级催化剂，这些催化剂可以将你衣橱深处的牛仔裤变成空气净化器。这个艺术家和科学家的团队试图利用我们每天穿着的衣服的“足球场”表面积来发挥创造性和至关重要的功能（除了遮羞或表达我们的风格之外）：净化我们周围空气中的有害氮氧化物和其他有机污染物。
“我们问自己，我们是否可以将某些东西应用到服装表面，因为我们知道服装表面积远大于许多其他表面，从而解决世界性问题？”——海伦·斯托瑞
催化服装 - 历史
十五年前，斯托瑞结束了“为迈克尔·杰克逊、王子和麦当娜这样靠外表或声音谋生的名人打扮”的商业时装生涯，“为了寻找新的东西”，斯托瑞说道。她偶然看到一份来自惠康信托基金会的传单，内容是关于一项名为 “SciArt” 的倡议。“他们试图做的是将科学家和艺术家聚集在一起，其想法是艺术家可以用公众可以参与的方式阐明或生动地展现复杂的科学领域，”斯托瑞说。“SciArt”是斯托瑞进入一个新世界，甚至可能是时装新时代的跳板。
“时尚每 3 秒钟变化一次，而科学可能需要 10-15 年才能将某件事做好并推向市场。催化服装……是要求时尚放慢脚步，以便做一些有价值且超越当下的事情，并要求科学加快速度，因为世界需要答案的速度比以往任何时候都更快。”——海伦·斯托瑞
斯托瑞首次与瑞安教授合作开展一个桥接科学、环境和时尚的项目，此前她听了他在 BBC 广播系列节目《物质世界》中的演讲。“他听起来像是单口相声演员和科学怪才的结合体……所以我给他打了电话，”斯托瑞说。这位艺术家和材料科学家一拍即合；“我们开始讨论材料可以具有行为的全部程度，以及我们可以将这种行为推向多远，”斯托瑞说。
时尚与科学的最初结合，一个名为 仙境 的项目，以相当神奇的消失礼服为特色，让斯托瑞和瑞安开始让公众参与到材料概念中，了解我们消耗了多少材料以及我们的材料去了哪里和没有去哪里。“我们与他们进行了这种尴尬的对话，但通过敬畏和美丽，而不是吓唬他们或让他们感到内疚，”斯托瑞说。团队开始意识到艺术和时尚在以比期刊或书面形式更易于理解的方式向公众传递有关科学的信息以及科学的可能性方面的力量。
斯托瑞和瑞安教授与 14 岁和 15 岁的学生一起参加了一个仙境项目研讨会，与学生们讨论了作为艺术家与科学家合作以及反之亦然的感受，这时一位年轻的女学生在观众席上播下了催化服装的想法种子。“她说，‘我认为科学家应该做的是利用在任何情况下都会发生的事情，而且要更频繁地利用，’”斯托瑞说。“我们都被这个评论震惊了——这种以新方式利用已经存在的事物的概念，”斯托瑞说。
当瑞安教授对一个人衣服的表面积进行“桌面下”计算时，他发现我们在纳米尺度上大约有一个足球场的可用表面积。“这是一个巨大的催化表面，本质上什么也没做。它可以让我们保暖，当然我们的衣服也向我们面前的人们传达了一些关于我们是谁，或者我们想被看作是谁的信息——但就作为一个活性表面而言，它什么也没做，”斯托瑞说。
因此，催化服装诞生了。
“考虑到我的时尚背景，我们继续思考我们表面的东西可以做什么——无论如何都存在的东西，这是有道理的！”——海伦·斯托瑞
斯托瑞和瑞安教授联系了 Cristal Global，全球第二大纳米二氧化钛催化剂供应商，建议就纺织品而不是传统硬质表面开展合作。“起初，我认为他们认为我们很蠢，”斯托瑞说。“但他们用我们的纺织品做了测试——然后他们重做了，又重做了，又重做了，因为它们的功效几乎超出了范围。”Cristal Global 以前从未测量过如此高效的催化剂。
“我们发现的另一件事是，牛仔布牛仔裤是所有表面中最有效的，”斯托瑞说，“它们也是世界上最民主的服装。”如今，地球上的牛仔裤比人口还多。“即使我们只能让它在牛仔裤上发挥作用……我们也会做一件好事，”斯托瑞说。
催化服装——科学原理
催化服装涂有纳米二氧化钛催化剂。当您在洗衣机中清洗衣服时，这些小颗粒可以洗入您衣服的任何一件，例如您的牛仔裤。斯托瑞和瑞安教授设想，催化剂将通过织物柔软剂类型的产品输送。催化服装已与 Ecover 合作，Ecover 是一家以在环境领域勇于开拓和先锋而闻名的消费品公司，旨在为公众使用配制此类产品。
“……我们不是要求任何人为了购买新东西而购买新东西——而是通过简单地要求您用特定产品清洗它，将一些激进的技术添加到您已经拥有的东西，添加到您现有的衣橱中。”——海伦·斯托瑞
催化剂颗粒是直径小于 10 纳米（1 纳米 = 十亿分之一米）的小球。“由于颗粒很小，所以它们‘粘附’。一旦它们粘附在织物表面，它们就会粘附在织物表面，并且只有当织物降解时，它们才会从织物上脱落，”瑞安教授说。当您的牛仔裤的棉纤维断裂，并且您的牛仔裤变白时，颗粒最终会脱落，但传统的洗涤过程或在外面跑动不会给催化剂颗粒带来任何问题。
与肉眼可见的大颗粒相比，纳米颗粒具有极高的表面积与体积比。“大部分 [催化剂] 材料都是表面，”瑞安教授解释说。当我们谈论催化剂时，更大的表面积是关键。纳米二氧化钛催化剂利用氧气和光以及其活性表面，将氮氧化物转化为危害较小的水溶性产品硝酸。催化剂还可以与有机挥发物反应，生成一种熟悉的水溶性产品：肥皂。
伦敦已经进行了各种试验，在 城市表面（如人行道和学校墙壁）上使用二氧化钛纳米颗粒来去除空气中的氮氧化物。然而，这些试验发现，虽然纳米催化剂可以保持这些表面的清洁，并且可以净化少量空气，“但来自汽车的废气量如此之大，以至于它们实际上并没有在人类意义上改善空气质量，”斯托瑞说。
瑞安教授用“智能”建筑的例子解释了催化服装的工作原理。“自清洁窗户是纳米二氧化钛催化剂的经典例子，”他说。这些窗户中的纳米二氧化钛材料与氧气一起与污垢反应，生成类似肥皂的产品。“氧化的污垢就是肥皂，当它反应时，窗户就会自动清洁，”瑞安教授说。这项技术也已广泛应用于建筑领域。在罗马有一座教堂，在马德里还有一座教堂，它们都是 “自清洁”教堂。“由于光催化剂的作用，它们保持非常非常白，光催化剂有效地一遍又一遍地重新漂白教堂的表面，”瑞安教授解释说。
催化服装利用相同的化学原理去除空气中的一氧化氮 (NOx)，但略有不同。
虽然大多数建筑表面的表面积都不是特别高，但服装的表面积却超出了我们的想象。事实证明，一条重一磅的牛仔裤的表面积大于 195 平方英尺——这覆盖了一个普通客厅的占地面积。“表面积越大，氮氧化物的去除量就越多，”瑞安教授说。与建筑表面相比，衣服每单位面积的织物去除的氮氧化物更多，因为衣服的有效表面积非常高。
“想象力的飞跃与其说是一项新技术，不如说是回到 14 岁女孩的想法，利用已经存在的东西，并仅仅考虑一个完全不同的使用领域。这就是催化服装的由来，”斯托瑞说。“这里没有新的科学，我们只是利用一项已建立的技术，”瑞安教授说。二氧化钛纳米颗粒不仅存在于自清洁窗户中——您还可以在牙膏和防晒霜中找到这些颗粒。纳米二氧化钛在防晒霜中用作紫外线吸收剂，吸收有害的紫外线，从而保护我们的皮肤。
那么，需要多少人穿催化牛仔裤才能达到氮氧化物的排放目标呢？“我们已经计算过，要使托尼教授所在的谢菲尔德市达到氮氧化物排放限值以下，需要多少人，”斯托瑞说。对于每年产生 9000 吨氮氧化物的城市来说，答案是 33.3 万人……仅占该市总人口的三分之二。
催化服装——文化实验
“科学通常在紧闭的大门后发生。他们最终走出来说‘完成了！’但他们经常忘记询问我们是否真的需要它。我试图缩小这种差距，并将外部世界（社会）和学术界内部世界（主要是大学）之间的所有点连接起来——无论这被认为是艺术还是科学。”——海伦·斯托瑞
催化服装试图就其未来产品开发保持全球对话，将公众的声音以及公众对该技术的希望和担忧反馈给创建纺织催化剂产品的科学团队。斯托瑞能够派遣伦敦时装学院（学习“时尚与环境”课程）的一队研究生到公共领域收集公众对催化服装技术的反馈，并更广泛地考虑科学如何影响他们自己的艺术发展。请参阅公众反馈生活地图。
“当您与街上的任何人交谈，而他们刚刚开始理解这个概念时，您收到的最常见的反馈是他们认为自己会变成吸尘器，”斯托瑞说。“这根本不是这项技术的工作原理，”斯托瑞说。催化剂只有在遇到紫外线和氧气时才会被触发并发挥作用。“反应发生在你周围，而不是在你身上，”斯托瑞说。“你衣服上的催化剂会触发你周围的反应。
实际上，您走在自己更纯净的空气泡泡中，”斯托瑞说。“但这项技术可爱而颇具诗意的方面是，您个人不会受益。您让身后走在您气流中的人受益，就像您从走在您前面的人受益一样，因为您走在他们的气流中。也许这是世界上第一项利他主义技术。”
公众反馈为团队提供了一个非常好的线索，让他们了解如何开始谈论他们的“催化牛仔裤”，以便让足够多的人穿上它们，最终对空气质量产生影响。“科学家们永远不会想到很多关于这项技术的看法——实际上我也不会，”斯托瑞说。“不断被街头的现实保持警惕意味着，当这项技术确实可用时，它将已经拥有一个渴望它的市场，”她说。
“它只有在每个人都这样做时才真正有效。这真的是一件利他的事情。问题是，你如何推销利他主义？大多数销售实际上都是基于个人利益完成的——因此对于大公司的营销部门来说，这是一个非常大的问题。”——瑞安教授
这就是艺术、科学和时尚的结合可以发挥作用的地方。艺术或许可以将科学和环保主义提升到新的高度。“我们正试图在产品上市之前先传达文化信息，”瑞安教授说。我个人认为这是一个美妙且非常必要的结合。科学通常为科学而“出售”，让非科学家对可能具有创新性和成功想法的事物感到冷漠。关于催化服装最有趣的是，就其本身而言，科学并不新鲜，但整个项目都具有艺术性的启发性，并且可能从根本上改变我们对环境的行为和态度。
观看这部关于催化服装的美丽系列影片——我最喜欢的是第二部影片（从第 2:00 分钟开始）！
催化服装故事，来自 海伦·斯托瑞基金会，在 Vimeo 上。
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链接:
催化服装背后的科学原理：http://www.catalytic-clothing.org/faq.html
图片：DED 摄于切尔西艺术学院的“牛仔裤田野”立体照片