自1972年日本科学家Fujishima发现二氧化钛具有光催化特性以来，光催化技术得到了广泛的研究。纳米二氧化钛被认为是解决室内外空气污染问题最理想的光催化材料之一，世界发达国家和地区自20世纪70年代以来投入了大量人力和物力，针对其环境的污染问题进行研究，取得了显著的成果。但目前由于光催化技术较低的可见光响应能力，因而在室内空气净化领域所占份额不足10%。针对该问题，日本于2009年启动了为期10年的光催化研究国家行动计划，目的同样是要制备高可见光活性纳米二氧化钛光催化产品。目前纳米TiO₂环境净化材料已被广泛应用到环境净化的各个领域，主要包括室内空气净化、长效广谱抗菌消毒、强力防霉、亲水自洁抗污、臭气废气处理、污水治理等。但由于这些应用对紫外光的依赖，导致未能真正大面积推广应用。

纳米二氧化钛（TiO₂）是一种无毒无害的半导体材料，当其受到与其禁带能量相当的紫外线照射时，会发生电子跃迁形成高活性的光生电子-空穴对，所产生的电子-空穴对在内部电场作用下分离并迁移到材料表面，光生空穴将吸附于材料表面的水氧化形成活性羟基自由基，光生电子可以将吸附于材料表面的氧气还原生成超氧自由基，由于所生成的羟基自由基和超氧自由基的摩尔反应能分别高达402.8千焦和431.1千焦，足以将由碳、氢、氧、氮等形成的化学键分解，最终生成无毒无味的CO₂、H₂O及一些简单的无机物，达到降解挥发性有机化合物（苯、甲苯、甲醛等）、杀灭细菌病毒、去除PM2.5重要产生源（氮氧化物和硫氧化物）等净化环境的目的。美国环保署（EPA）官方网站公布的数据表明，9大类共114种优先控制的毒害性有机污染物，均可在紫外光照射下被TiO₂降解，在降解过程中，纳米二氧化钛起到的是催化剂的作用，本身并不被消耗而具有持续长效作用。但由于其禁带宽度为3.2eV，目前大部分光催化材料只能被紫外线激发而不能高效利用可见光实现光催化，大大限制了推广应用。

光催化技术以其良好的性能可广泛应用在以下领域：

1、光催化防霉抗菌

光催化材料在光的照射下，表面会生成超氧自由基和羟基自由基，这两个活性基团具有超强的反应能力，能破坏细菌的细胞壁和细胞膜使其死亡，从而长效广谱的杀灭各种细菌、霉菌和病毒，因而可以应用于医院、幼儿园、中小学等公共场所，长期有效抗菌的同时可以全方位改善空气质量。

2、光催化空气净化

光催化材料在光的照射下可以持续的将吸附于其表面的氧气和水转化为具有强氧化能力的活性基团，这些活性基团可以将空气中的各种气相污染物（甲醛、苯、挥发性有机物、氮氧化物和各种菌落）降解为无污染的水、二氧化碳等无机物，从而达到长期有效的净化空气的目的，可广泛应用于室内、车内等密闭空间。

3、光催化自洁净霾

光催化材料在太阳光的照射下可以催化分解有机物污染物的同时表面会产生超亲水特性，因此涂覆有光催化薄膜的建筑材料会在雨水的作用下长期保持洁净，起到自清洁的功效。可以广泛应用于建筑幕墙以及各种交通设施表面，实现自洁易洁、保持美观的同时还可以分解大气中的致霾气体（氮氧化物、硫氧化物和挥发性有机物）。

4、光催化水体净化

光催化材料在光的照射下产生强氧化性和强还原性的基团，氧化基团可将水中存在的有机污染物氧化分解为CO₂和水等无害物质；还原基团则可以将水体中高价有毒金属离子还原使其不再有毒性，适用于各种污水及景观水的净化处理。