Nhiều hợp chất bán dẫn như TiO2, ZnO.... có tính năng quang xúc tác, trong đó nano TiO2 là một vật liệu quang xúc tác tiêu biểu, được nghiên cứu rộng rãi nhất vì hoạt tính quang hóa cao, giá thành thấp, tính độc thấp, bền hóa học và bền nhiệt tốt.
Khi được chiếu sáng, nano TiO2 trở thành chất Oxy hóa khử mạnh nhất trong số những chất đã biết (gấp 1,5 lần O3, gấp 2 lần Cl... là những chất vẫn dùng trong xử lý môi trường). Điều này tạo cho vật liệu nhiều ứng dụng phong phú, đa dạng và quý giá. Nano TiO2 có thể phân hủy được các chất độc hại bền vững như dioxin, thuốc trừ sâu, benzen.... cũng như một số loại virut, vi khuẩn gây bệnh với hiệu suất cao hơn so với các phương pháp khác. Dưới tác dụng của ánh sáng nano TiO2 trở nên kỵ nước hay ái nước tùy thuộc vào công nghệ chế tạo [16,17].
Nano TiO2 kháng khuẩn bằng cơ chế phân hủy, tác động vào vi sinh vật như phân hủy một hợp chất hữu cơ. Vì vậy, nó tránh được hiện tượng nhờn thuốc và là một công cụ hữu hiệu chống lại sự biến đổi gen của vi sinh vật gây bệnh[18].
Nano TiO2 hoạt động theo cơ chế xúc tác nên bản thân không bị tiêu hao. Bản thân TiO2 không độc hại, sản phẩm của sự phân hủy chất này cũng rất an toàn.
Những đặc tính này tạo cho TiO2 những lợi thế vượt trội về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong việc làm việc làm sạch môi trường nước và không khí các tác nhân ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và sinh học [16,17,18,19].
TiO2 có rất nhiều ứng dụng tính chất quang xúc tác và siêu thấm ướt. Dưới đây chỉ là những ý tưởng được đưa ra, có những cái đã làm được và có những cái chưa thể thực hiện. Tuy nhiên đây đều là những ý tưởng rất khả thi và nếu thành công thì nó hứa hẹn sẽ mang lại rất nhiều lợi ích cho cuộc sống của chúng ta.
a. Vật liệu tự làm sạch
Nhà khoa học nghiên cứu về TiO2 từ khoảng 2-3 thập kỷ trước, chế tạo các vật liệu tự làm sạch dựa trên ứng dụng hai tính chất xúc tác quang hóa và siêu thấm ướt.
b. Xử lý nước bị ô nhiễm
Với các thể tích nước vừa phải, người ta có thể tráng một lớp titanoxit TiO2 lên dụng cụ chứa để làm sạch nước sau một khoảng thời gian, tuy nhiên đối với những thể tích lớn thì phương pháp này chưa thật hiệu quả [16].
c. Xử lý ô nhiễm không khí
Đây là một phương án rẻ tiền và không độc hại với sức khỏe con người. Cơ chế xúc tác quang hóa của nano TiO2: dưới tác dụng của tia UV, điện tử di chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn tạo ra cặp điện tử và lỗ trống, các cặp điện tử - lỗ
trống tương tác với các phần tử hấp phụ trên bề mặt chất bán dẫn (thường là các chất hữu cơ dễ bay hơi độc hại hoặc vi khuẩn) phân hủy chúng như phản ứng ôxi hóa khử. Các chất độc hại và vi khuẩn bị phân hủy tạo thành nước và CO2 – xử lý không khí trở lên triệt để và không có nguy cơ gây tác dụng phụ thứ cấp[16, 17].
d. Diệt vi khuẩn, vi rút, nấm
TiO2 với sự có mặt của ánh sáng tử ngoại có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ, bao gồm cả nấm, vi khuẩn, vi rút. TiO2 có khả năng phân hủy hiệu quả đặc biệt là với số lượng nhỏ (1 căn phòng).[18]