纳米二氧化钛的制备及光催化
纳米二氧化钛制备及改性方法的研究进展
引言工业的飞速发展深刻变革着人们的生活与生产方式。
但其发展过程中的排放问题造成了巨大的环境污染。
因此，有效、安全、能耗低的光催化技术也成为当今的研发热点之一。
纳米二氧化钛是当前光催化技术常用的一种半导体材料。
其具有生物无毒性、高催化活性、成本较低等诸多优点。
但其结构上有一定的缺陷，例如：其禁带宽度为3.2eV、其电子空穴易复合等，这些使得其光催化性能降低。
因此，对二氧化钛进行改性以期改善其处理污水的效果是当今的热点话题之一。
一、二氧化钛光催化原理TiO2的光催化原理如图1所示。
其价带上的电子在吸收足够能量后，跃迁至导带，形成光生电子。
同时，价带上形成空穴，生成空穴——电子对。
空穴与光生电子对在电场的作用下发生分离，一同迁移到TiO2粒子的表面。
其中，空穴可以引发氧化反应，光生电子具有还原性，二者共同作用进而降解污染物。
图 1 二氧化钛光催化原理示意图但TiO2禁带宽度较宽，难以响应可见光；且电子与空穴自身复合率就较高。
以上原因都导致纳米TiO2的催化活性和催化效率较低，难以运用到光催化领域中。
二、纳米二氧化钛的制备1.微波水热法微波有助于加快化学反应，可用微波水热法制备纳米TiO2。
胡能等采用水热法制备了具有光催化活性的纳米TiO2。
继而对其结构、光学吸收与相态等方面进行表征分析，最后得出结论：在紫外光条件下，纳米TiO2能迅速降解废水里的染料等有机物，不仅对环境友好，同时具有高效率、稳定性强、节约能源等优点。
2.溶胶—凝胶法溶胶凝胶法是一种使用时间远超于微波水热法的新方法，其使用优点主要在于高混合性，反应物的分子在形成的凝胶中可以充分混合继而达到更加优秀的催化效果。
并且反应条件并不严苛，无须高温，能耗低，且反应大多数处于纳米状态。
但此法前期造价高昂，且反应时间较长，往往在几天或几周不等。
孙鹏飞等用溶胶—凝胶法合成的改性TiO2拥有较好的光催化性能，其中 Fe3+改性催化剂要优于B3+改性TiO2。
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。
纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。
本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。
标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。
以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。
科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。
1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。
在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。
所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。
只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。
改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。
光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。
粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。
纳米二氧化钛的制备及性质实验
南京信息工程大学综合化学实验报告学院：环境科学与工程学院专业：08应用化学姓名：章翔宇潘婷袁成钱勇2010年6月25号纳米二氧化钛的制备及性质实验1、实验目的熟悉溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛的方法及相关操作；理解二氧化钛吸附实验的原理和操作；掌握数据处理的方法2、溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛2.1 需要的仪器恒压漏斗、茄行烧瓶、量筒、移液管、铁架台、磁力搅拌、磁子、冷凝管、温度计、烘箱、研钵2.2 需要的试剂钛酸丁酯异丙醇浓硝酸蒸馏水2.3 实验步骤1.50ml钛酸丁酯溶16ml的异丙醇中，摇匀（在恒压漏斗中进行）得到溶液A2.取200ml 的蒸馏水，加入0.32 ml 的浓硝酸，摇匀（在茄行烧瓶中进行），得到溶液B3.将烧瓶固定在铁架台上，进行磁力搅拌，将溶液A 逐滴滴加至溶液B中，使两溶液缓慢接触，并进行水解反应，得到溶液C溶液C室温回流，记载下当时的室温4.回流分若干天进行，保证回流时间不少于48小时，得到溶液D5.蒸干方式：将溶液D进行水浴加热85度并不断搅拌将水分蒸发干，得E6.将E放入烘箱100烘干7.研磨至粉末状；2.4 实验结果1、回流分4天进行，总计回流时间50小时，室温为15℃。
2、经研磨，得到白色细粉末状固体。
称量得二氧化钛质量为11.233g,理论产量不小于11.785g，损失为产品转移过程中损失。
3、纳米二氧化钛性质实验3.1 二氧化钛吸附试验1、仪器：烧杯（500mL），容量瓶（1000mL），样品瓶（6个），电子天平，磨口瓶，超声波清洗机，玻璃注射器，过滤器，分光光度计2、试剂：二氧化钛粉末，染料X-3B（分子量615），蒸馏水3、实验步骤：1、用电子天平称取60mg染料，配成1000mL的60mg/L溶液（避光保存）。
2、将烧杯润洗后，倒入100ml染料溶液，再倒入称量好的50mg的二氧化钛粉末。
静置后置于超声波清洗机中（70℃超声40分钟，注意避光）。
剩余原液取样保存编号。
纳米二氧化钛制备方法及其优缺点
纳米二氧化钛制备方法及其优缺点嘿，朋友们！今天咱来聊聊纳米二氧化钛的制备方法及其优缺点。
这纳米二氧化钛啊，可真是个神奇的玩意儿！先说说制备方法吧。
有一种常见的方法叫溶胶-凝胶法，就好像是在变魔术一样，把各种材料混合在一起，经过一系列反应，嘿，就变出纳米二氧化钛啦！还有水热法，就像是给材料们洗了个热水澡，然后它们就变成纳米二氧化钛啦，是不是很有意思？另外还有气相沉积法，听着就很高端大气上档次吧，就像是在空中搭建起纳米二氧化钛的小房子。
每种方法都有它的特点呢！溶胶-凝胶法操作相对简单，就像做一道家常菜，大家都能试试。
水热法呢，能得到比较纯净的产物，就像是精心挑选出来的宝贝。
气相沉积法呢，能制备出高质量的纳米二氧化钛，那可真是精益求精啊！那纳米二氧化钛有啥优点呢？哎呀呀，那可多了去了。
它的光催化性能特别好，就像是一个超级清洁工，能把好多污染物都给清理掉。
而且它还很稳定，就像一个坚强的战士，不容易被打败。
它的抗菌性能也不错哦，能把那些坏细菌都赶跑，守护我们的健康。
但是，它也不是完美无缺的啦！比如说它的成本有时候会有点高，这就像是买一件特别贵的衣服，让人有点心疼钱包呢。
还有啊，在制备过程中如果不注意，可能会出现一些团聚的现象，这就好像是一群人挤在一起，不太好分开啦。
不过，咱可不能因为这些小缺点就忽视了它的大优点呀！纳米二氧化钛在环保、医疗、化工等好多领域都有着重要的应用呢。
想象一下，如果没有纳米二氧化钛，我们的生活得失去多少便利呀！所以说呀，我们要正确看待纳米二氧化钛，既要看到它的优点，好好利用它，也要注意它的缺点，想办法去克服。
让我们一起和纳米二氧化钛做好朋友，让它为我们的生活带来更多的美好吧！这就是我对纳米二氧化钛的看法，你们觉得呢？。
纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展
纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展摘要：纳米二氧化钛作为一种重要的功能性材料，在光催化、电池、光电器件等领域具有广泛的应用潜力。
本文对纳米二氧化钛的制备方法进行了综述，并探讨了其在不同应用领域的研究进展。
主要包括溶胶-凝胶法、水热法、气相法等一系列制备方法及其优缺点，以及纳米二氧化钛在光催化、电池和光电器件等领域的应用前景。
最后，总结了现有研究中存在的问题，并展望了未来纳米二氧化钛在各个领域的发展趋势。
1. 引言纳米二氧化钛作为一种重要的半导体材料，因其独特的物理、化学性质而受到广泛关注。
其具有高比表面积、优异的光电催化性能、良好的化学稳定性、可控的光吸收能力等特点，使其在光催化、电池、光电器件等领域有着广泛的应用潜力。
在实际应用中，纳米二氧化钛的功能和性能往往与其结构和制备方法密切相关。
因此，研究纳米二氧化钛的制备方法及其应用是目前材料科学和化学领域的热点之一。
2. 纳米二氧化钛的制备方法2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。
该方法通过将金属前驱物溶解在有机或无机溶剂中，生成溶胶，然后通过控制溶胶的凝胶过程，形成纳米二氧化钛颗粒。
由于溶胶-凝胶法制备过程相对简单、可控性强，使得纳米二氧化钛的晶粒尺寸和形貌可以通过控制溶胶的成分、浓度、PH值等条件来调节。
然而，溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛的缺点是制备周期长，需要较高温度和长时间的热处理。
2.2 水热法水热法是一种采用高温高压水作为反应介质，将金属前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
水热法可以在相对较低的温度下制备出高度结晶的纳米二氧化钛颗粒，其晶形和晶面可通过调节反应温度和时间来控制。
由于水热法制备过程相对简单，且无需添加昂贵的添加剂，因此被广泛应用于纳米二氧化钛的制备。
2.3 气相法气相法是指将气体或气态前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
传统的气相法将有机金属化合物蒸汽通过热分解或水解，控制反应条件，形成纳米二氧化钛颗粒。
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的测试分析
第 页（共 页）课 程 ___________ 实验日期：年 月曰专业班号 _____ 别 ______________ 交报告日期： 年 月 日姓名__学号报告退发：（订正、重做）同组者 _____________ 次仁塔吉 __________ 教师审批签字：实验名称 _________________ 纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试、实验目的1. 了解制备纳米材料的常用方法，测定晶体结构的方法。
2. 了解XRD 方法，了解X-射线衍射仪的使用，高温电炉的使用3. 了解光催化剂的（一种）评价方法、实验原理1.纳米TiO 2的制备① 纳米材料的定义：纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于 100nm 的材料。
纳米材料由于其组成粒子尺寸小， 有效表面积大，从而呈现出小尺寸效应， 表面与界面效应等。
② 纳米TiO 2的制备方法：溶胶凝胶法，水热法，火焰淬火掺杂法，阳极氧化法，电泳沉积 再阳极氧化法，高温雾化法，溅射法，光沉积法，共沉淀法。
本实验采取最基本的，利用金属醇盐水解的方法制备纳米 TiO 2，主要利用金属有机醇盐能溶于有机溶剂，且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。
该方法的优点：①粉体的纯度高，②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。
西安交通大学化学实验报告③制备原理：利用钛酸四丁酯的水解，反应方程如下Ti OC4H9 4 4出0 =Ti OH 4 4C4H9OHTi OH 4 Ti OC4H9 4=TiO2 4C4H9OHTi OH 4 Ti OH 4=TiO2 4H2O2. TiO 2的结构及表征我们通过实验得到的TiO 2是无定形的，二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构:A:板钛矿B:锐钛矿C:金红石无定形的TiO2在经过一定温度的热处理后，会向锐钛矿型转变，温度更高会变成金红石型。
我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。
纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大，由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位，能产生较多的氧空位来捕获电子，所以具有较高的活性；而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO2，晶化态较好，所以几乎没有光催化活性。
纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究毕业论文
毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
《材料化学综合实验II》实验指导书-2012-2013年第二学期-20130315
《材料化学综合实验II》实验指导书实验一 纳米二氧化钛的制备及光催化性能研究一、实验目的1. 掌握二氧化钛的溶胶-凝胶的制备方法。
2. 了解二氧化钛光催化降解污染物的原理。
3. 熟悉测定光催化性能的方法。
二、 实验原理1、溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶-凝胶法是20世纪 80年代兴起的一种制备纳米粉体的湿化学方法，具有分散性好、煅烧温度低、反应易控制等优点。
制备溶胶所用的原料为钛酸丁酯(Ti(O-C 4H 9)4)、水、无水乙醇(C 2H 5OH)以及盐酸（或者醋酸、硝酸等）。
反应物为钛酸丁酯和水，分散介质为乙醇，盐酸用来调节体系的酸度防止钛离子水解过速，使钛酸丁酯在乙醇中水解生成钛酸（Ti(OH)4），钛酸脱水后即可获得TiO 2。
水解反应方程式如下。
Ti(O-C 4H 9)4+4H 2O Ti(OH)44C 4H 9OH +Ti(OH)4Ti(OH)42TiO 24H 2O+ 在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以获得不同晶型的二氧化钛。
2、二氧化钛光催化降解污染物二氧化钛作为光催化剂的代表，在太阳能光解水, 污水处理等方面有着重要的应用前景。
TiO 2有三种晶型，四方晶系的锐钛矿型、金红石型和斜方晶系的板钛型。
此外，还存在着非晶型TiO 2。
其中板钛型不稳定；金红石型禁带宽度为3ev ，表现出最高的光敏性，但因为表面电子-空穴对重新结合的较快，几乎没有光催化活性；锐钛矿禁带宽度稍大一些，为3.2ev ，在一定波长范围的紫外光辐照下能被激发，产生电子和空穴，且二者能发生分离，另外它的表面对O 2的吸附能力较强，具有较高的光催化活性。
当它受到波长小于或等于387.5nm 的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e -）;而价带中则相应地形成光生空穴(h +)，如图1所示。
如果把分散在溶液中的每一颗TiO 2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。
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苏州科技大学材料科技进展化学生物与材料工程学院材料化学专业题目：纳米二氧化钛的制备及光催化*名：**学号：**********指导老师：***起止时间：5月20日——6月8日纳米二氧化钛的制备及光催化吕岩（苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009）摘要:纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。
本文主要介绍纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类,并分析了各种工艺的优劣。
并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。
通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。
关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化.The study on preparation of nanometer TiO2 and photocatalyticLv Yan(University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009) Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications in many fields, such as environmental production. Preparation methods of nanomaterial TiO2w ere briefly summarized, including chemical gas phase method( CVD and chem ical gas phase hydro lysis method etc. ) and liquid phase method( sol- gelmethod, precipitation method, hydrothermal synthesismethod etc. ). The advan tages and disadvanges o f everym ethod w ere analyzed. Introduce nano TiO2reaction principle, basic method, influence factors, and its wide application. Through the introduction of the preparation of nano TiO2 research, a deeper understanding of its application in the production and living.Key words: nanometer T iO2; preparation method, photocatalysis引言：纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。
它具有良好的透明性，紫外线吸收性及熔点低、磁性强、热导性强、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点等奇异特性；还具有良好的抗菌作用，使用过程中不会发生自身损耗，而且资源丰富，价格低廉，因此在光催化降解废水中的有机物、涂料、精细陶瓷、塑料、催化剂、及化妆品等方面应用广泛，成为新型功能材料研究的热点之一。
本文将对纳米二氧化钛的制备及光催化在做一些简单介绍。
1.纳米TiO2的制备纳米TiO2的制备方法有很多, 归纳起来主要有固相法、气相法和液相法等,其中气相法又包括化学气相沉积法和化学气相水解法等; 液相法包括溶胶凝胶法、胶溶法、醇盐水解法、沉淀法、水热合成法等。
(1).化学气相沉积法( CVD)CVD 法是利用挥发性金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需化合物。
它包括单一化合物的热分解, 也包括通过两种以上物质之间的气相反应制备超细粉。
该方法制备的超细粉纯度高, 分散性好,粒度分布窄, 除能制备氧化物外, 还能制备碳化物、氮化物等非氧化物超细粉。
Leszek W achow ski [ 1] 等人利用。
李文漪[ 2] 等人利用化学气相沉积法水解四CVD 法在含碳材料表面制得T iO2异丙醇钛( TT IP)制备T iO2薄膜, 并研究了制备过程中水解TT IP的反应动力学。
该工艺的优点是自动化程度高, 可以制备出粒径小、粒径尺寸均匀的优质粉体。
(2).化学气相水解法化学气相水解法按照所用原料的不同可分为:TIC l4氢氧火焰水解法和钛醇盐气相水解法。
TIC l4氢氧火焰水解法的基本原理是将T iC14气体导入高温的氢氧火焰中( 700~ 1000 e )进行气相水解, 其基本化学反应式为:( g) + 2H2 ( g) + O2 ( g ) = T iO2 + 4HC l( g)TiC l4钛醇盐气相水解法是通过醇盐水解、均相成核与生长等过程在液相中生成沉淀产物, 再经过液固分离、干燥和煅烧等工序, 制备T iO2粉体。
该方法的优点是操作温度低, 能耗小, 对材质要求不高, 并且可连续化生产。
但醇盐水解过程速度太快, 反应难以控制, 再加上使用了价格过于昂贵的钛醇盐为原料, 生产成本过高。
(3）溶胶-凝胶法溶胶- 凝胶法是80年代兴起的一种制备纳米材料的湿化学方法, 以钛醇盐为原料, 将其溶于乙醇、丙醇和丁醇等溶剂中形成均相溶液, 使钛醇盐在分子均匀的水平上进行水解反应, 同时发生失水与失醇的缩聚反应, 生成物聚集成l nm 左右的粒子并形成溶胶, 经陈化形成三维网络的凝胶, 干燥除去残余水分、有机基团和有机溶剂得到干凝胶, 经研磨、煅烧最终得到纳米级T iO2粉体。
(4) 水热合成法水热合成法是在特制的密闭反应容器(高压釜)里, 采用水溶液作为反应介质, 通过高温高压将反应体系加热至临界温度, 使前驱物在水热介质中溶解, 进而成核、生长、最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒, 卸压后经洗涤, 干燥即可得到纳米级T iO2粉体。
(5）沉淀法沉淀法一般以T iC l4或T i( SO4 ) 2等无机钛盐为原料, 将( NH4 ) 2 SO4、NH3# H2 O 和( NH4 ) 2 C03或N aOH 等碱性物质加入到钛盐溶液中, 生成无定形的T i ( OH ) 4沉淀。
将沉淀过滤、洗涤、干燥, 经600 e 左右煅烧得到锐钛矿型纳米T iO2粉体, 或在800 e 以上煅烧得到金红石型纳米T iO2粉体。
2. TiO2的光催化近年来人们发现二氧化钛光催化材料具有降解废水和空气中的有机物,去除空气中氮氧化合物、含硫化合物、还原水中部分重金属有害离子、杀菌、除臭等用途。
(1)光催化作用原理二氧化钛是一种N型半导体材料，锐钛矿相TiO2的禁带宽度Eg =3.2eV，由半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度E g的关系式：λg(nm)=1240/Eg(eV)可知：当波长为387nm的入射光照射到TiO2上时，价带中的电子就会发生跃迁，形成电子-空穴对，光生电子具有较强的还原性，光生空穴具有较强的氧化性。
在半导体悬浮水溶液中，半导体材料的费米能级会倾斜而在界面上形成一个空间电荷层即肖特基势垒[11]，在这一势垒电场作用下，光生电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的物质。
在水溶液中，光生电子的俘获剂主要是吸附在半导体表面上的氧，氧俘获电子形成O2-；OH-、水分子及有机物本身均可充当光生空穴俘获剂，空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有高度活性的•OH自由基，活泼的•OH自由基可以将许多难以降解的有机物氧化为CO2和H2O。
其反应机理如下[13]：TiO2+ hv → h++ e-(2)h++ e-→ 热量(3)H2O → H++ OH-(4)h+ + OH-→ HO (5)h++ H2O + O2- → HO•+ H++ O2-(6)h++ H2O → HO+ H+(7)e-+ O2→ O2- (8)O2-+ H+→ HO2- (9)2HO2→ O2+ H2O2 (10)H2O2+ O2-→ HO+ OH- + O2 (11)H2O2+ hv → 2HO (12 )从上述光催化作用原理分析可知道，光催化过程实际上同时包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映出光生空穴和光生电子的反应性能,同时又相互影响,相互制约。
(2)光催化反应的基本途径当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。
由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。
空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合[14]。
空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。
光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。
该过程如图1(a)所示，可用如下反应式表示[15]：TiO2+hv→TiO2(e-，h+) （13）e-+h+→heat or hv （14）h++OH-ads→HO (15) h++H2O ads→HO+H+ (16) e-+O2→O2-HO·能与电子给体作用，将之氧化，矿能够与电子受体作用将之还原，同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化：HO+D→D++OH- （18）e-+A→A-(19) h++D→D+(20)图1-3：半导体TiO2的光催化氧化反应原理图(3)影响TiO2光催化剂的因素1).水蒸气对二氧化钛光催化剂的影响及光催化剂的失活空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水(表面轻基)，化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层。
研究表明，光照时间、光照强度、品面、环境气氛和热处理都会影响到TiO2的表面结构，从而影响到其光催化性能。
反应浓度低时，反应速率受水蒸气的影响不敏感，而反应物浓度高时，水蒸气的存在使反应速率降低。
2).TiO2纳米粒子的表面积大小对催化作用的影响表面积是决定反应基质吸附量的重要因素。
在晶格缺陷等其它因素相同时，表面积大则吸附量大，活性就高。
一般认为光催化活性由催化剂吸收光的能力、载流子分离以及向表面转移效率决定。
另外，表面的粗糙度、表面的结晶度、表面的轻基等也影响着表面的吸附和电子一空穴的复合，进而影响催化剂的活性。