納米二氧化鈦主要有二種晶體結構，即：銳鈦礦和金紅石。它們的結構基本單位都是TiO6八面體。二種結構的不同在于八面體的扭曲程度和連接形式。銳鈦礦結構由TiO6八面體通過共邊組成，而金紅石結構則由共頂點且共邊組成。利用納米TiO2為光催化劑，在溶液或空氣中發生多相光催化降解污染物的反應過程大致包括以下幾個主要步驟： 1）TiO2在光的照射下，被能量大于或等于其禁帶寬度的光子所激發，產生具有一定能量的光生電子（e-）和空穴（h+）； 2）光生電子（e-）和空穴（h+）在TiO2顆粒的內部以及界面之間的轉移或失活； 3）光生電子（e-）和空穴（h+）到達TiO2粒子表面并與其表面吸附物質或溶劑中的物質發生相互作用，即發生氧化還原反應，從而產生一些具有強氧化性的自由基團（·OH，O2-）和具有一定氧化能力的物質（H2O2）。 4）上述產生的具有強氧化性的自由基團和氧化性物質與被降解污染物充分作用，使其氧化或降解為CO2與H2O。

半導體光催化劑是指半導體材料吸收外界輻射光能激發產生導帶電子(e-) 和價帶空穴(h+) , 進而與吸附在催化劑表面上的物質發生一系列化學反應的過程。

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