TiO2 là chất xúc tác quang học. Khi đƣợc chiếu sáng với ánh sáng cĩ năng lƣợng cao hơn độ rộng vùng cấm của nĩ, electron trong TiO2 sẽ nhảy từ vùng hĩa trị lên vùng dẫn, và cặp điện tử lỗ trống sẽ tái hợp ngay trên bề mặt của TiO2. Electron mang giá trị âm sẽ kết hợp với oxy tạo thành gốc ion O2-, trong khi đĩ lỗ trống mang điện tích dƣơng sẽ kết hợp với H2O tạo ra gốc hidroxy OH-. Vì cả 2 quá trình này đều là những tồn tại hĩa học khơng ổn định, nên khi hợp chất hữu cơ vừa rơi xuống bề mặt chất xúc tác quang học, nĩ sẽ kết hợp với O2 và OH- trở lại thành CO2 và H2O. Phản ứng này thuộc loại phản ứng oxy hĩa – khử. Hoạt động của nĩ đƣợc xảy ra dƣới dạng biểu đồ hình 1.19
Hình 1. 19. Cơ chế quang xúc tác của TiO2[26].
Những vật liệu tự làm sạch ( self-cleaning ) làm việc bằng cách sử dụng tính chất quang xúc tác của TiO2. Vật liệu đƣợc phủ một lớp nano TiO2 rất mỏng, độ dày
Luận Văn Thạc Sĩ 20 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
HVCH: Nguyễn Thị Thanh Tâm
chỉ vào cỡ 20 nm. Khi lớp bán dẫn đƣợc đƣa ra ngồi ánh sáng, các photon với năng lƣợng bằng hoặc lớn hơn độ rộng vùng cấm của TiO2 sẽ kích thích electron từ vùng hĩa trị lên vùng dẫn. Những electron bị kích thích – với cấu trúc tinh thể sẽ tác động trở lại với các phân tử oxy trong khơng khí, và cĩ thể phá vỡ hầu hết các hợp chất nền cacbon thơng qua phản ứng oxy hĩa- khử. Trong những phản ứng này, các hợp chất hữu cơ (ví dụ nhƣ chất bẩn, chất thải gây ơ nhiễm, hay vi sinh vật…) sẽ bị phá vỡ thành CO2 và H2O.