以太阳能化学转化和存储为主要背景的半导体光催化特性的研究始于1917年，然而直到1972年“本多一腾岛效应”的出现才标志着多相光催化新时代的开始。此后TiO2光催化环境净化技术作为探索人类可持续发展的高效环境友好新技术引起了各国环境科学家的极大关注，其适用化的研究开发也受到广泛重视。目前对TiO2光催化的研究主要用于分解有机物、贵金属回收，以及对废
水和空气中有机污染物，NOx等有害物质进行催化、氧、分解来净化水和空气，此外它也能使微生物、细菌等分解成CO2和H2O，起到灭菌、除臭、防污、自洁，即被称为“光净化革命”或“自洁效果”。TiO2光催化应用于环境治理，与传统的生物处理工艺相比，具有：
(1)UV光解催化净化器能耗低，反应条件温和，在紫外光照射或暴露在太阳光下发生。(2)反应速度快，降解过程发生很快，一般需要几分钟到几个小时。(3)降解没有选择性，几乎能降解任何有机物，尤其适合于降解多环芳烃类，多氯联苯类物质。(4)消除二次污染，有机物彻底降解为CO2和H2O等优越性，因此TiO2光催在环境净化方面有着广泛应用。
一、TiO2光催化反应机理
在光催化分解有机污染物领域，目前所采用的光催化剂多为纳米TiO2，且其晶型以锐钛矿型为主。TiO2的禁带宽度为3.2ev，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光子后，价带中的电子就会被激发到导带并在价带上产生相应的空穴。在电场的作用下，电子与空穴发生分离并迁移到粒子表面的不同位置，可以将吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧成OH·自由基，OH·自由基的氧能力是水体中存在的氧剂中最强的，能氧大多数有机污染物，将其最终降解为CO2和H2O等无害物质，而且OH·自由基对反应物几乎无选择性，因而其浓度的高低在光催化氧中起着决定性作用。
二、TiO2光催化在空气净化方面的应用
TiO2半导体超微粒子在紫外光照射下受激励生成电子一空穴对，产生空穴的氧电位以标准氢电位计为3.0V，比起氯气的1.36V和臭氧的2.07V来，空穴的氧性强的多，因此能够绝对抗拒光催化强氧性破坏的物质为数极少。空穴分解周围的水产生活性氧(OH自由基)，电子使空气中的氧还原成活性氧离子，从而显现极强的氧作用，将光催化剂表面吸附的SO2、H2S、NO和NO2等有害气体以及油污、恶臭分子、细菌等进行分解转化，如H2S转变为S和H2，而油污等分解成水和CO2等无害物质。目前光催化法消除空气中微量有害气体的研究，主要是针对人类工作生活环境即所谓小环境的空气净化处理。室内空气污染主要来自工业污染物的扩散(特别是在靠近工业区的地方)，肉、蛋蔬菜等有机质分解(含硫化合物)，吸烟、烹饪、取暖过程(CO、SO2、NOx等)，人和动物所排放的异味气体(如NH3，油漆、塑料、建筑材料等释放的有害气体(如醛、苯系物等)，甚至还包括某些致癌物质。将气固相光催化消除污染技术最早推向实用的是日本丰田三共公司，1985年，京都大学首次进行了消除H2S、NH3等污染物的气固相光催化研究，并与丰田三共公司联合开发应用，这是国际上将光催化法成功的应用于消除空气中微量有害气体的首例。1988年，中国科学院兰州化学物理研究所光催化组在我国首次开拓了气固相光催化研究新领域，并于1991年成功地开发出可同时消除H2S、SO2、NH3、CH3SH等生活环境中常见的有恶臭气味的微量有害气体的高效稳定的光催化剂以及UV光氧净化器。
TiO2在空气净化方面的应用主要有：
(1)室内用的产品有：抗菌瓷砖、抗菌卫生陶瓷、除臭照明灯具、防污除臭日光灯、除臭杀菌空气清净器、除臭板、空气清洁剂等以改善居室或公共场所的空气卫生状况。
(2)室外用产品有：NOx除去板、防污顶棚、防污隧道照明装置等。
尤为值得一提的是有学者专门研究了室内由建材、电器、家具等散发出的有害气体光催化清除情况，探讨了空气温度及有害气体浓度对降解速率的影响。尽管光催化应用于消除空气中微量有害气体的研究起步较晚，但由于它在消除人类生活和工作环境中的空气污染(即所谓小环境污染)方面有其突出的特点，因而可以说TiO2光催化环境净化技术在空气净化方面的应用潜力非常之大。
三、TiO2光催化环境净化技术的发展动向
光催化在环境净化方面的应用越来越受到人们的重视，它在彻底降解水中有机污染物以及利用太阳能节约能源，维持生态平衡，实现可持续发展等方面有着突出的优点，特别是当水中有机污染物浓度很高或用其它技术方法难以降解时，有着更明显的优越性。光催化是光化学反应的一个前沿领域，其研究涉及到多个学科，特别是光催化材料的开发和研制，则是光催化技术实现各种化学反应的关键之一，因此具有相当的难度。目前这项技术在废水处理方面的研究还处于由实验室向工业化发展的阶段，如何尽快推出研究成果并不遗余力地做好应用研究和推广工作，还有待国内各相关学科有志于环保的工作者进一步努力。
目前，该领域的研究方向主要集中在以下几个方面：
(1)探索光催化反应机理和反应动力学并为设计出合理有效的反应装置提供理论根据，将是光催化反应研究的一个重要方向。
(2)研究各种表面改性技术，催化剂固定化技术以及寻找更高效的光催化剂应该成为光催化技术的研究重点。
现有的光解催化净化器光催化剂所能提供的反应活性仍不理想，为提高反应速率，将催化剂颗粒超细，悬浮或改性，但颗粒状催化剂的分离和回收又是一个新的问题，而此问题的解决已成为光催化技术转向工业化应用的一个迫切需要。另外，如能有效实现TiO2光催化剂在有机基材上的固化，则在日常生活环境中的各种材料的表面都能赋予除臭，抗菌，防污等净化功能，攻克这一技术难关已成为TiO2光催化剂环境净化技术今后开发的重点之一。
(3)在探索解决一系列问题的过程中，光催化走向了新的发展方向——电化学辅助光催化降解技术即光电催化降解。
(4)利用太阳能的局限性
半导体的光吸收波长范围狭窄，主要在紫外区，利用太阳光的比例低，另外，太阳紫外辐照度还受昼夜，季节，天气变化的影响，这些都给太阳能光催化处理系统的连续有效运转带来困难。
目前，包括我国在内的许多国家已进行了利用太阳能的室外模拟试验，美国和西班牙等国进行的大规模的利用太阳能光催化净化工业废水的实验结果表明，其研究已取得了很好的效果，可以预见，光氧净化器这项技术具有相当广泛而诱人的应用前景。
以上这些问题的解决，将为光催化环境净化技术的工业化应用奠定基础，并推动相关科研领域的发展和进步。
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