纳米光催化剂，是指一些半导体材料在紫外线或可见光照射下，受激生成“电子-空穴”对，这种“电子-空穴”对和周围的水、氧气发生作用后，形成活性很强的自由基和超氧离子等活性氧，具有了极强的氧化-还原能力，能将空气或水中的污染物直接分解成无害无味的物质，以及破坏细菌的细胞壁，杀菌消毒。
纳米光催化剂净化空气机理图
纳米光催化剂是当今化学、材料和环境领域的研究热点，在污水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌和自清洁功能等领域均有应用。自1976年，Carey发现了利用半导体TiO2在近紫外光的照射下使多氯联苯脱氯去毒开辟了TiO2在环境保护应用的新领域。自此之后，多种半导体光催化剂如TiO2、WO3、ZnO、CdS、SnO2等逐渐开发应用。ZnO催化剂稳定性差，金属硫化物寿命短，而纳米TiO2颗粒在光照下显示出优异的光催化活性，应用最为广泛，但是TiO2的缺点明显：光响应范围主要在紫外，量子效率较低。因此提高TiO2光催化剂的光催化活性和可见光响应性能，和开发催化效率高、稳定性好、价格低廉且能充分吸收可见光的新型光催化剂是当前光催化领域研究重点。目前较为常用的技术主要包括几种光催化剂组合、过渡金属离子掺杂、稀土金属离子掺杂、贵金属沉积和其他新型光催化剂的开发等。目前已开发出众多性能优异、具有产业化前景的SnO2/TiO2组合光催化剂、N掺杂TiO2催化剂、C3N4/SnO2光催化剂、石墨烯/WO3光催化剂等。
空气净化领域，由于工业和交通运输业迅速发展以及化石燃料的大量使用，硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等物质使空气质量严重恶化。日本通过在高速公路上面设置防护墙以及在城市中心地带的建筑物墙面上涂抹光催化剂，消除大气当中存在的污染气体。东南大学钱春香教授曾以路面材料为载体，证实了负载型纳米TiO2对氮氧化物具有降解作用。商业化的光催化剂主要用于室内去除甲醛和在地下停车场中去除尾气，封闭环境下应用效果较为显著。
纳米光催化剂在废水处理领域的应用，主要集中在处理含油废水、药物废水、印染废水等废水中。含油废水如含有较高浓度的酚、硫化物、环烷酸等的炼油厂废水，海上油污等都非常难以通过化学方法处理，通过膨胀珍珠岩负载纳米TiO2能够与水中油层充分接触光降解污染物。药物废水主要是指药物生产及使用后产生的废水，尤其是应用最广泛的有机磷农药毒性大，具有生物积累性，通过纳米TiO2薄膜在紫外光照15h后，百草枯转化率近于100%。印染废水成分最为复杂，据统计目前使用的染料达到数万种，大部分能够通过光催化技术降解，如李耀中等处理难降解偶氮染料4BS，光照74min，色度去除率达到80%。
纳米光催化剂可分解有机污染物，实现自清洁；且一定光照后，纳米TiO2转化成超亲水表面，有利于雨水对污染物的冲刷。因此可以在汽车玻璃、卫生洁具、瓷砖等产品表面涂上一层纳米TiO2薄膜，实现自清洁。与此同时，欧洲2000年利用意大利水泥公司生产纳米TiO2复合水泥兴建了法国兰庭美术学院，此建筑历时多年，光洁如新。但光催化水泥成本较高，工艺复杂，建筑领域国内外主要还是研究光催化自洁涂层，受限于光催化剂与水泥的结合力较差，耐久性不佳等问题，产业化成果不多。
纳米光催化剂作为一种新型材料，对环境治理和保护具有非常好的应用前景，但由于光催化活性、可见光响应能力、制备工艺等问题，目前大部分成果停留在实验室阶段，充分挖掘纳米光催化材料的技术潜力，解决实际应用中的问题，是光催化材料产业的重要方向。
