光触媒
酸化チタン光触媒は紫外光を吸収したとき、大きく分けて2つの機能を発現する。
強い酸化還元作用 酸化チタンの価電子帯の電子が紫外光で伝導帯に励起されると、その電子は比較的還元力の強いものとなる。他方、非常に酸化力の強い正孔も生成される。従って、酸化チタンに適切な助触媒を組み合わせれば、水を酸素と水素イオンに酸化、また同時に水を水素と水酸化物イオンに還元するほどの酸化還元能を示す。つまり、水を酸素と水素に分解できる。このため本多・藤嶋の発見以来、工学的な応用として酸化チタンを利用した水から水素を得る研究がなされている。これは、太陽の光エネルギーから水素というクリーンエネルギーが生成されることを意味し、夢のエネルギー循環サイクルといわれている。しかし現状では効率が低く(後述)、大規模な製品化には至っていない。 酸化チタンの応用例として、酸化作用を利用した有害物質の分解などもある。ただし有害物質の処理に関しては、他の処理技術のほうが効率や処理できる量の面で優れている場合が多い。
1964年になって、V.N. FilimonovはZnOおよびTiO2からのイソプロパノールの光酸化に関して研究成果を発表した。また同時期に、Kato and Mashio (1964)、Doerffler and Hauffe (1964)、そしてIkekawa et al. (1965) は、ZnO発光からの二酸化炭素と有機溶媒の酸化/光酸化の研究成果を発表した。1970年、Formenti et. alおよびTanaka and Blyholdeは、様々なアルケンの酸化と亜酸化窒素 (N2O) の光触媒による腐食を観察した。
1972年、本多健一と藤嶋昭は酸化チタンTiO2と白金の電極の間で水の電気化学的光分解が発生していることを発見した。この現象では、紫外線が電極に吸収され白金電極(陰極:酸化側)から酸化チタン電極(陽極:還元側)へ電子が流れ、水素の生成が陽極で発生する。これは、有用な物質である水素を効率的に生成することができるため、大きな成果となった。この研究結果は、さらなる光触媒の発展を促した。1977年、Nozikは電気化学的光分解の過程で貴金属(白金や金など)を組み込むと感光性が増大し、外部は必要としないことを発見した。さらに、Wagner and Somorjai (1980)およびSakata and Kawai (1981) はチタン酸ストロンチウム (SrTiO3) の表面で光生産を通じて水素の生成が起こること、そしてTiO2とPtO2の照光からエタノール中で水素とメタンの生成が起こることを発見した。