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 酸化チタンの結晶は、そのままでは電気を通しませんから、絶縁体です。ところが、波長が400nm以下の紫外線を当てると、電気をわずかに通すようになり、このことを光伝導といいます。

 固体の中の電子は、エネルギーが同じくらいの電子が集まっていて、エネルギー帯というものをつくっているのです。絶縁体の電子は、すべて価電子帯と呼ばれるエネルギー帯に属しています。価電子帯の電子は完全に詰まっているため動くことができないのです。電気伝導は、電子が動くことによって起こるから、この状態では電気が流れません。

 価電子帯よりエネルギーの大きいところに、伝導帯というエネルギー帯があります。価電子帯の上端と伝導帯の下端のエネルギーの差をバンドギャップエネルギーといいます。価電子帯の電子が、バンドギャップより大きなエネルギーを持つ光を吸収すると、伝導帯に上がることができます。

 光触媒として使われている酸化チタンのバンドギャップエネルギーは3.2eVなので、波長が390nm以下の光を吸収するのです。伝導帯に上がった電子は動くことができるので、電気伝導が生じ、これを光伝導といいます。

 一方、価電子帯には電子の抜け跡ができます。これは、マイナスの電荷が抜けたのでプラスになったと考え、正孔と呼びます。これらの電子と正孔が光触媒反応を起こすのです。

・活性酸素生成のメカニズム

酸化チタン(tio2)がバンドギャップエネルギーを得ることにより、電子が価電子帯から伝導帯に移動し空気中の酸素と結合しスーパーオキサイドアニオン(活性酸素)を生成。 さらに、電子の抜けた正孔(+)は空気中の親水基から電子(−)を奪いヒドロキシラジカル(活性酸素)を生成。

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