納米二氧化鈦在光催化作用下使細菌分解而達到抗菌效果的。由于納米二氧化鈦的電子結構特點為一個滿 TiO2的價帶和一個空的導帶 ,在水和空氣的體系中 , 納米二氧化鈦在陽光尤其是在紫外線的照射下 ,當電子能量達到或超過其帶隙能時 ,電子就可從價帶激發到導帶 ,同時在價帶產生相應的空穴 ,即生成電子、空穴對 ,在電場的作用下 ,電子與空穴發生分離 ,遷移到粒子表面的不同位置 ,發生一系列反應 :
TiO2 + hν e —— + h
H2O + h—— ·OH+ H
O2 +e—— O2 ·
O2 ·+ H—— HO2·
2HO2· —— O2 + H2O2
H2O2 +O2 · —— ·OH+OH +O2
吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘獲電子形成O2 ·, 生成的超氧化物陰離子自由基與多數有機物反應(氧化) ,同時能與細菌內的有機物反應 ,生成 CO2和 H2O；而空穴則將吸附在 TiO2 表面的 OH 和H2O氧化成·OH,·OH 有很強的氧化能力 ,攻擊有機物的不飽和鍵或抽取 H原子產生新自由基 ,激發鏈式反應 ,最終致使細菌分解。
TiO2 的殺菌作用在于它的量子尺寸效應 ,雖然鈦白粉(普通 TiO2)也有光催化作用 ,也能夠產生電子、空穴對 ,但其到達材料表面的時間在微秒級以上 ,極易發生復合 ,很難發揮抗菌效果，而達到納米級分散程度的 TiO2 ,受光激發的電子、空穴從體內遷移到表面 ,只需納秒、皮秒、甚至飛秒的時間 ,光生電子與空穴的復合則在納秒量級 ,能很快遷移到表面 ,攻擊細菌有機體 ,起到相應的抗菌作用。
納米二氧化鈦具有很高的表面活性，抗菌能力強，產品易于分散。經試驗表明，納米二氧化鈦對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌和曲霉菌等具有很強的殺菌能力，已廣泛應用于紡織、陶瓷、橡膠、醫藥等領域的抗菌產品，深受廣大用戶的歡迎。