Xúc tác quang hóa gần đây đã trở thành một thuật ngữ khoa học khá phổ biến và nhiều quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm khác nhau bằng kỹ thuật quang xúc tác đã được thương mại hóa. Trong số rất nhiều ứng cử viên cho chất xúc tác quang chỉ có TiO2 là vật liệu chỉ thích hợp dùng trong công nghiệp hiện nay và trong tương lai. Đó là vì TiO2 có hoạt tính quang hóa hiệu quả, ổn định và chi phí hợp lý. Quan trọng hơn, nó đã được sử dụng như một chất màu trắng từ thời cổ đại, và do đó, sự an toàn của nó đối với con người và môi trường được đảm bảo bởi quá trình lịch sử lâu dài.
Màng phủ nano TiO2 có khả năng tự làm sạch, vào thời gian ban ngày thường tồn tại vài trăm mW/cm2 của tia UV ngay cả trong bóng râm ngoài trời. Đây
là giá trị mật độ năng lượng tuy thấp, tương ứng với khoảng 1015
photon/cm2 giây nhưng lại chứa một lượng lớn các phân tử hấp phụ trên bề mặt nano TiO2. Năm 1992, vật liệu gốm sứ tự làm sạch đầu tiên được công bố [114]. Heller cũng hình thành một ý tưởng tương tự và hoàn toàn độc lập vào năm 1995 [26]. Một trong những sản phẩm thương mại đầu tiên sử dụng hiệu ứng này là vỏ thủy tinh tự làm sạch cho đèn chiếu sáng đường hầm. Trong hầu hết các đường hầm ở Nhật Bản, đèn natri phát ra ánh sáng màu vàng được sử dụng cho chiếu sáng. Đèn natri cao áp cũng phát ra ánh sáng tia cực tím khoảng 3 mW/cm2 ở vị trí của rìa kính của nó. Ánh sáng tia cực tím này không được dùng với mục đích chiếu sáng mà đủ để giữ bề mặt sạch sẽ khi kính bọc ngoài được phủ với quang xúc tác TiO2 [62]. Hiện nay, khả năng tự làm sạch nhờ ánh sáng UV và hiệu ứng quang xúc tác phân hủy đang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực thương mại khác nhau như rèm cửa sổ... Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là: hiệu ứng này không hiệu quả khi lượng photon đến bề mặt vật liệu không đủ so với các chất hữu cơ, mặc dù TiO2 là chất quang xúc tác rất có hiệu quả. Ứng dụng thương mại quan trọng nhất và có cơ sở thành công nhất là dùng nano TiO2 để sản xuất kính tự làm sạch. Kính thông thường với lớp phủ nano TiO2 trên bề mặt có tác dụng độc đáo. Dưới ánh sáng ban ngày, các hạt bụi hữu cơ bám trên bề mặt kính bị phân hủy (do hoạt tính quang xúc tác của nano TiO2) và nước mưa sẽ rửa sạch lớp bụi đó. Màng nano TiO2 với tính siêu thấm ướt kết hợp với đặc tính quang xúc tác cũng đang được ứng dụng nhiều trong đời sống, đặc biệt chống sương một cách liên tục là một ứng dụng điển hình. Hơi ẩm trong không khí lạnh tạo thành những giọt nước nhỏ trên bề mặt vật liệu như kính, gương. Tuy nhiên, khi màng siêu thấm ướt được phủ lên vật liệu nền (gương, kính…) nước sẽ không thể cụm lại mà lan đều và phẳng trên bề mặt. Vì vậy, kính thông thường hay bị mờ bởi sương mù nhưng kính siêu thấm ướt vẫn giữ được trong suốt. Năm 2006, các nhà khoa học đã chế tạo được màng nano TiO2 trên gốm sứ bằng phương pháp phún xạ MAGNETRON để tạo ra các bề mặt từ làm sạch [111].
Năm 1990, Kazuhito HASHIMOTO đã phối hợp với Công ty TNHH TOTO để đưa công nghệ xúc tác quang TiO2 áp dụng vào thực tế. Do nano TiO2 chỉ sử dụng một lượng nhỏ ánh sáng tia cực tím có trong ánh sáng mặt trời để thực hiện phản ứng quang hóa vì vậy việc hình thành ý tưởng ứng dụng nano TiO2 là các chất
hấp phụ trên bề mặt vật liệu rất khả thi. Trong môi trường bình thường cũng tồn tại ánh sáng tia cực tím, mặc dù khá yếu nhưng cũng có thể là nguồn ánh sáng đủ để duy trì làm sạch bề mặt TiO2 . Vì vậy, khái niệm vật liệu tự làm sạch ra đời khi vật liệu được phủ một lớp TiO2 [27,115].
Phản ứng phân hủy quang xúc tác có thể được ứng dụng để tiêu diệt vi sinh vật. Trong thực tế, Escherichia coli (E. coli) hoàn toàn có thể biến mất trên TiO2 sau khoảng một tuần dưới tia UV với độ chiếu xạ 1mW/cm2. Vi sinh vật bị ức chế hoạt chỉ trong một thời gian chiếu xạ ngắn hơn nhiều, nhưng vẫn phải mất gần 1 giờ dưới ánh sáng ngoài trời [69].
Ngược lại, cường độ ánh sáng tia cực tím trong nhà thường là khoảng vài trăm nW/cm2, nghĩa là cường độ yếu hơn so với ngoài trời. Do đó, vô hiệu hóa vi sinh vật nhờ quang xúc tác đòi hỏi nhiều thời gian hơn trong điều kiện trong nhà. Tuy nhiên, khả năng chống vi khuẩn của quang xúc tác TiO2 cao hơn rõ rệt ngay khi sử dụng tia cực tím yếu và màng nano TiO2 có pha tạp Cu hoặc Ag [70]. Năm 1998 và năm 2006, một số tác giả trên thế giới đã công bố chế tạo màng nao TiO2 trên kính có khả năng tiêu diệt vi khuẩn Ecoli [28, 43]. Năm 2007, Pavlina Hajkova đã báo cáo tiêu diệt vi khuẩn Ecoli và virut HSV-1 trên màng nano TiO2 được chế tạo bằng phương pháp plasma [100]. Năm 2013, Silvia Bonetta đã công bố khả năng diệt khuẩn Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas putida và Listeria innocua trên gốm sứ có phủ màng nano TiO2 và thu được kết quả khả quan.
Việc phát hiện tính chất ưa nước của màng nano TiO2 đã mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu màng nano TiO2 [27]. Đó là, các vết bẩn bị hấp phụ trên bề mặt TiO2 có thể dễ dàng được rửa sạch bằng nước. Nói cách khác, điều này đã loại bỏ các hạn chế của chức năng làm sạch của xúc tác quang TiO2. Khả năng thực hiện phản ứng quang hóa của nano TiO2 bị hạn chế bởi vì phải cung cấp số lượng photon nhất định. Cho dù số lượng photon là không đủ để phân hủy các vết bẩn hấp phụ thì bề mặt vật liệu vẫn được duy trì sạch khi được cung cấp nước. Do đó, vật liệu được phủ nano TiO2 khi sử dụng ngoài trời, nơi chúng được tiếp xúc với mưa thể hiện khả năng tự làm sạch rất hiệu quả , tức là các vết bẩn bị phân hủy một phần bởi các phản ứng quang xúc tác thông thường cũng như rửa sạch bằng nước mưa. Vật liệu có tính chất như vậy được gọi là ''vật liệu xây dựng quang'' như gạch, ngoại thất,
kính, tường nhôm và vải PVC đã được thương mại hóa. Khoảng 20.000 m2 thủy tinh ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO2 đã được lắp đặt bên ngoài sân bay quốc tế Chubu (Nhật Bản) từ năm 2005.
Vì các tính chất của nano TiO2 mà màng mỏng nano TiO2 có giá trị lớn trong cả lý thuyết, nghiên cứu và ứng dụng [ 41, 42, 82, 133]. Vật liệu gốm sứ có màng mỏng nano TiO2 cố định trên men là công nghệ cao đã đang trở thành điểm nóng của công nghệ [143]. Sol nano TiO2 được chuẩn bị trong nghiên cứu thực hiện trước đặt gốm sứ vào sol rồi xử lý nhiệt [129]. Khả năng quang hóa và diệt khuẩn của màng phụ thuộc vào điều kiện xử lý nhiệt. Năm 2011, Peng Bing đã đưa ra kết quả phân hủy metyl da cam và diệt khuẩn của màng nano TiO2 pha tạp Ag phủ trên gốm sứ là khá khả quan [99].
Tại Việt Nam cũng đã có nhiều nghiên cứu về chế tạo màng mỏng nano TiO2. Năm 2010, TS. Đặng Thị Huệ đã bảo vệ thành công đề tài KC.08026/06-10 với nội dung "Nghiên cứu xử lý ô nhiễm không khí bằng vật liệu sơn nano TiO2/apatite, TiO2/Al2O3 và TiO2/bông thạch anh". Kết quả của đề tài đã bước ứng dụng vào thực tế. Năm 2012, nhóm tác giả Đặng Mậu Chiến đã công bố kết quả tạo màng nano SiO2/TiO2 pha tạp N nhằm tăng cường khả năng quang xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy [43]. TS. Trương Văn Chương đã chế tạo ra sơn nano TiO2 - Ag có khả năng diệt khuẩn, khử mùi, chống bám bẩn ở vùng ánh sáng khả kiến( ngay cả vùng ánh sáng yếu như bếp, phòng vệ sinh, phòng ngủ). TS. Từ Thị Đức cũng đã công bố chế tạo được sơn nano TiO2 từ rất lâu [7]. Tuy nhiên, các sản phẩm này vẫn ở dạng nghiên cứu, khó có thể đưa ra cạng tranh và bán trên thị trường.
Công ty Viglacera Bình Dương cũng đã đưa ra sản phẩm Sứ vệ sinh cao cấp được phủ men nano TiO2 có khả năng tự làm sạch và diệt khuẩn. Tuy nhiên, giá thành sản phẩm bán ra cao, nguyên vật liệu phụ thuộc vào nhập ngoại.
Từ những phân tích trên ta nhận thấy màng mỏng nano TiO2 đã trở thành công nghệ thiết thực từ giữa những năm 90 của thế kỷ trước đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng và sẽ còn tiếp tục phát triển trong thế kỷ 21 này với nhiều hướng nghiên cứu mới.