本文基于纳米二氧化钛(TiO2)抗菌、净化空气、产生氢氧自由基等一系列实验结果,采用纳米材料表征手段、光谱吸收测试、电子自旋共振测试等方法研究了纳米TiO2光催化作用的机理。X射线衍射(XRD)分析表明纳米TiO2样品以金红石相为主,含有少量的锐钛矿相;谢乐(Scherrer)方程计算值和SEM统计值比较结果相差甚小,说明纳米TiO2分散性良好;透射电子显微镜(TEM)分析表明其为核壳结构,该结构特征有利于稳定分散和光激发电子和空穴的分离;拉曼(Raman)散射光谱测试说明纳米TiO2晶体内出现较多的氧空位。紫外-可见光漫反射吸收(UV-vis)光谱分析表明,该纳米TiO2在紫外光区具有强而宽的吸收带(200~320nm),且其吸收边扩展到了可见光(780nm)区。理论研究揭示了紫外区吸收峰宽化、吸收边蓝移红移的作用机制在于纳米粒子的量子尺寸效应、表面效应和小尺寸效应。抗菌机理研究表明,纳米TiO2利用价带空穴的强氧化性和表面自由基的高活性,对细菌发生生化作用,达到抗菌杀菌的目的。纳米TiO2粒子及其各种不同复合材料的抗菌应用表明,其光催化杀菌作用的发挥对光源的要求不苛刻。而且抗菌作用具有持久性和广谱性。实验证<WP=4>明,位于复合涂料内部或表面的纳米TiO2粉体都能起到相应的光催化抗菌、抗病原作用。由纳米TiO2复合涂料对甲醛的高效率降解实验事实出发,分析探讨了甲醛的降解机理。研究发现,气相中的微量甲醛可直接被降解为二氧化碳和水。浓的甲醛溶液可经甲酸中间产物,然后被降解为二氧化碳和水。根据纳米TiO2能带结构、表面态等特性,详细阐述了光催化过程中光生电子-空穴的产生、分离与复合的竞争机制以及活性自由基的生成及其对细菌、有机物的光催化降解作用机理。并对纳米TiO2光催化过程中氢氧自由基的产生规律作了研究。电子自旋共振谱(ESR)检测证实了该纳米TiO2在紫外光、可见光条件均可产生强的氢氧自由基信号;在避光条件也可产生较为明显的氢氧自由基信号,这是TiO2催化净化应用及其机理研究领域的又一发现。