化原理
许多半导体材料如TiO2，Z
O，Fe2O3，Z
S，CdS等具有合适的能带结构可以作为光
催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，
存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。
TiO2属于一种
型半导体材料，它有三种晶型锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板
f钛矿的光催化性能和稳定性最差，基本没有相关的研究和应用。而锐钛矿型和金红石型均属四方晶系，两种晶型都是由相互连接的TiO6八面体组成的，每个Ti原子都位于八面体的中心，且被6个O原子围绕。两者的差别主要是八面体的畸变程度和相互连接方式不同。金红石和锐钛矿晶胞结构的差异也导致了这两种晶型物化性质的不同。从热力学角度看，金红石是相对最稳定的晶型，熔点为1870℃；而锐钛矿是二氧化钛的低温相，一般在500℃600℃时转变为金红石。二氧化钛晶型转变的实质是晶胞结构组成单元八面体的结构重排。金红石晶型结构中原子排列更加致密，密度、硬度、介电常数更高，对光的散射也更大。因此，金红石是常用的白色涂料和防紫外线材料，对紫外线有非常强的屏蔽作用，在工业涂料和化妆品方面有着广泛的应用。锐钦矿的带隙宽度为稍大于金红石的，光生电子和空穴不易在表面复合，因而具有更高的光催化活性能够直接利用太阳光中的紫外光进行光催化降解，而且不会引起二次污染。因此，锐钛矿是常用的处理环境污染方面问题的光催化材料。
TiO2的禁带宽度为32ev（锐钛矿）当它受到波长小于或等于3875
m的光紫外光照射时，价带的电子就会获得光子的能量而跃迁至导带，形成光生电子e而价带中则相应地形成光生空穴h。
如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生电子e易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，生成超氧自由基O2；而空穴h则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH和H2O分子氧化成羟基自由基OH；OH和O2的氧化能力极强，几乎能够使各种有机物的化学键断裂，因而能氧化绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO2和H2O等物质。反应过程如下：
TiO2hv→hehOH→OH
hH2O→OHHeO2→O2
H2OO2→HO2OH2HO2eH2O→H2O2OH
H2O2e→OHOH
fH2O2O2→OHHr