光催化剂是指在光的辐照下，自身不发生变化，却可以促进化学反应的物质。促进化合物的合成或使化合物降解的过程称为光催化反应。光催化剂可催化光解附着于其表面的各种有机物及部分无机物，特别适用于除去空气及水中的污染物质、微生物，使各种制品表面产生杀菌、消臭、自洁及超亲水等功能，因此光催化技术广泛应用于交通、建筑以及环保等领域。我国在光催化基础研究领域一直处于世界的先进行列，且由于其绿色及可利用太阳能等优势，光催化净化技术目前已在局部领域和地区得到实际应用，其适用范围还在不断拓展。

光催化技术简介
光催化技术是通过催化剂利用光子能量，将许多需要再苛刻条件下发生的化学反应转化为在温和的环境下进行反应的先进技术。它作为一门新兴的学科，涉及半导体物理、光电化学、催化化学、材料科学、纳米技术等诸多领域，在能源、环境、健康等人类面临的重大问题方面均有应用前景，一直是前言科学技术领域的研究热点之一。

光催化反应是一个复杂的物理化学过程，主要包括光生电子和空穴对的产生、分离、再复合与表面捕获等几个步骤。

空气污染的光催化净化技术
空气环境安全是人类赖以生存的根本保证之一。近年来，我国雾霾、酸雨等区域性大气污染问题日益突出，严重威胁群众健康，影响空气环境安全。《中国环境分析》报告显示世界上污染最严重的10个城市有7个在中国，全国500个城市中，空气质量达到世卫组织推荐标准的不足5个，经济发达地区（如华北、长江中下游和华南地区）污染趋势增加，且存在持续时间长、范围广、影响大、污染重等特点。研究表明，空气环境污染物含有高毒、持久、生物积累性和远距离迁移性的物质，能累积持久存在于环境中，对人类健康造成持久的伤害。因此，治理空气污染已成为我国的重大民生问题。

对于室内空气质量的研究基本上始于1962年，丹麦奥尔胡斯大学成立的“室内气候研究所”（Indoor Climate Research Group， ICRG），经过五十余年的发展，目前世界上主要国家和地区都有大量的研究人员及机构从事相关领域的研究，该领域涉及化学、材料、环境、建筑等多个学科，也是基础研究与实践应用紧密结合的中心点。研究关注的重点也由最初的热舒适性、湿度等基本性质，转移到环境相关的化学物质上，由二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等外源性污染物，向挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds, VOCs)、半挥发性有机物(Semi-Volatile Organic Compounds, SVOCs)、异味物质以及这些物质在室内的化学反应、二次污染物（譬如细微颗粒物）等领域扩展。

与此同时，研究关注的场所也由普通的居室空间，向办公室、商城、体育馆、地下停车场等人员更密集、空气组成更复杂的空间延伸，由此也暴露出除上述问题外，如运动场馆消毒剂残留污染物、地下停车场氮硫氧化物、潜艇和空间站等密闭空间空气净化等一系列更为复杂的问题。同时，从国防安全的角度出发，如何安全、高效地处理一些高毒性气体，也是保证国家安全迫切需要解决的问题。这些问题不仅仅对现有分析手段提出了新的要求，也对空气净化技术提出了全新的挑战。

光催化自清洁性能研究进展
自清洁技术在防污、防腐蚀、节能环保等领域重要的应用前景引起广泛关注。

1972年Fujishima 等发现了光照的TiO2表面能发生水的氧化还原反应，从而开始了光催化的研究。1997年东京大学的Wang等报道了TiO2 薄膜的超双亲（同时亲水和亲油）原理，即紫外光照射前，钛原子间通过氧桥键连接，这种结构为疏水结构，经紫外光照射后，部分氧桥键脱离形成氧空位，并与空气中的水分子结合形成化学吸附水，在TiO2表面形成均匀分布的纳米尺寸亲水微区，氧桥键未脱离部分则形成亲油微区，使表面同时具有油水双重亲和性。润湿表面停止紫外光照射后，化学吸附的羟基被空气中的氧取代，重新回到原来的疏水状态，再加紫外光照射后又恢复到亲水性。因此，TiO2 薄膜的自清洁原理主要体现在两方面：TiO2的光催化作用，可以降解表面的有机污染物和一些无机污染物，达到自清洁的效果；另外，TiO2薄膜的超亲水性使附着在其表面的水分形成水膜，并深入污垢与TiO2的界面，大幅降低污垢的附着力，在受到雨水等水的冲刷力等作用后，污垢能自动从TiO2表面脱离下来，从而达到防雾的效果。

经过多年的研究结果表明：光致超亲水的TiO2薄膜在黑暗中长时间放置以后，当水在TiO2表面的接触角小于15°时具有高的流动型，当接触角小于10 °是有自清洁效果，小于7°时有防雾的效果，且接触角越小防雾效果越好。利用TiO2的这个功能制备的建筑材料，如，玻璃，瓷砖等可具有防雾自清洁的功能，同时还具有耐磨，耐溶剂等功能，从而开辟了功能性建材的新领域。

（节选自：《2016-2017感光影像学学科发展报告》）