纳米二氧化钛是目前用的最为广泛的纳米材料之一，是一种新型的无机材料。主要具备以下的优势：如没有毒性且具有较好的白度和光亮度等特点，因此常用于涂料、塑料、化妆品等方面；同时因其化学结构稳定、生物相容性好，而被广泛应用于抗菌除臭等领域。而它与常规固体所具有的特性（光、热、电、磁）不同，它是以其独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等新特性广泛应用在众多领域。如今人们越来越重视环境保护，对环境治理有重要作用的光催化技术的研究也变得空前高涨。
1.1二氧化钛的光催化反应机理
纳米TiO2是一种 N 型宽禁带半导体材料，具有能带结构：一个空的高能导带和一个充满电子的低能价带，两者间不存在任何电子能级即没有任何电子态所具有的能量，这一区域称为能隙或者禁带。目前关于TiO2光催化机理，被普遍接受的是电子－空穴理论。Ti O2吸收了有效光子能量( 大于 3. 2 e V)后，价带中的电子就会被激发到导带产生光生电子( e－) ，同时在价带上产生相应的光致空穴( h+) ，h+具有很强的得电子能力，而导带上的 e－又具有强还原性，当 TiO2表面吸附的拥有空轨道的正离子( 如重金属离子等) 与 e－结合后被还原，吸附在TiO2表面上的羟基或者水与 h+ 发生反应并生成活性氧自由基，可以破坏有机物中的 C－C 键、C－N 键、C－H 键、O－H 键以及不饱和键，生成无毒害的 H2O、CO2等小分子物质，从而达到有机物被分解的目的。
1.2.1用于废水处理
利用纳米TiO2的光催化性质来处理废水和改善环境是一种行之有效的方法。Matthews等采用纳米TiO2对水中34种有机污染物的光催化分解进行了系统的研究。Mahmoodi等研究了固定化TiO2纳米微粒光催化降解除草剂“水田一号”实验证明，光催化法是一种有效的处理“水田一号”污染废水的方法。Ljubas等对地表湖水中的有机物进行了光催化降解实验，结果表明，TiO2纳米微粒在太阳光的照射下可以有效除去湖水中的有机物质，达到饮用水的水质标准。与传统的处理方法相比，光催化氧化法降解水中污染物具有能耗低、操作简便、反应条件温和及减少次污染等优点，因而受到广泛重视。
1.2.2用作传感器材料
该用途发挥的主要领域是用在汽车尾气传感器，目的是为了检测汽车尾气中含有的氮气含量，一方面控制碳氧化物和氮氧化物造成的尾气污染，另一方面还可以提高汽车中发动机的效率 。此外，该传感器还可用于检测一些可燃性气体，
如 H2、CO 等，而且目前研制成功的电阻型 Ti O2半导体氧传感器价格适中，体积轻巧，便于携带，已经受到了人们的青睐。
1.2.3用于空气净化
近几十年来，全球大气质量逐渐恶化。研究发现，大多数的有机物在气相条件下也能被光催化氧化成简单无机物。因此，利用光催化法治理空气中有机污染物的研究逐渐受到重视。与常用的废气处理方法相比，光催化氧化法具有反应速率快，效率高，无二次污染等优点，是一种较为理想的空气化方法，目前已经成为废气治理的主要研究方法之一。
1.2.4用于杀菌、除臭和抗癌
TiO2纳米微粒不仅具有优良的光催化性能，其优异的抗菌性能也逐渐引起人们的重视。它在杀死细菌的同时，还能降解由细菌释放出的有毒复合物。因此，TiO2纳米微粒可以充分抑制或杀灭环境中的有害微生物，降低环境微生物对人体的危害。日本科学家 Yoshihiko等通过大量的实验证明，纳米TiO2对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、沙门氏菌等都具有抑制和杀灭作用。光催化技术还可以应用于癌症治疗。Cai等用老鼠作为实验对象，将含有TiO2纳米微粒的溶液注入到大约0.5cm的肿瘤上，然后对其进行光照，结果发现这种治疗明显地阻止了肿瘤的生长。将TiO2光催化剂用于制造家用卫生洁具，可净化家庭环境，保持卫生洁具表面较长时间清洁。含有TiO2光催化剂的墙砖和地砖具有杀菌和消毒的功能，可以被广泛应用于医院餐厅等公共场所。
1.2.5用于涂料油漆工业
将纳米TiO2和云母珠光颜料并用时，通过光的多层次的反射和涉作用，产生极好的珠光效应和随角异色效应，作为效应颜料可以产生十分迷人的精美双色，这种效应颜料的神秘色彩和独特的光学性能，很受汽车涂料商的欢迎，现已广泛应用于汽车涂料中。