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纳米二氧化钛在光催化作用下能分解细菌，达到抗菌效果。因为在水和空气体系中，当电子能量达到或超过其带隙能时，特别是在紫外辐射下，纳米TiO2的电子结构以完整的TiO2价带和空的导带为特征。电子可以从价带激发到导带。同时，在价带上产生相应的空穴，也就是说，产生电子和空穴对。在电场作用下，电子和空穴被分离并迁移到粒子表面的不同位置，并发生一系列反应。溶解在TiO2表面的氧被吸附，电子被捕获形成O2。形成的超氧阴离子自由基与大多数有机化合物反应（氧化）。同时，它能与细菌中的有机物反应生成CO2和H2O；而空穴能将吸附在TiO2表面的oh和H2O氧化成具有较强氧化能力的·oh，攻击有机物的不饱和键或萃取H原子产生新的自由基，会刺激连锁反应，最终导致细菌分解。

纳米二氧化钛的杀菌效果在于其量子尺寸效应。虽然二氧化钛（普通二氧化钛）也具有光催化作用，能产生电子和空穴对，但其到达材料表面的时间超过微秒，容易复合，难以起到抗菌作用。然而，当TiO2达到纳米级分散度时，光激发的电子和空穴会从体内迁移到表面。只需要纳秒、皮秒甚至飞秒，光生电子和空穴的复合在纳秒量级，可以迅速迁移到表面，攻击细菌有机体，发挥相应的抗菌作用。

在紫外线作用下，以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米二氧化钛可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。因此，纳米纳米二氧化钛能净化空气，具有除臭功能。 

纳米二氧化钛抗菌特点：对人体安全无毒，对皮肤无刺激性；抗菌能力强，抗菌范围广；无臭味、怪味，气味小；耐水洗，储存期长；热稳定性好，高温下不变色，不分解，不挥发，不变质；即时性好，纳米二氧化钛抗菌剂仅需1h就能发挥效果，而其他抗菌剂效果则需约24h；纳米二氧化钛是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂；具有很好的安全性，科用于食品添加剂等，与皮肤接触无不良影响。