从图1可以看出，光触媒产品的三种功能很大程度上均来自一个强氧化性物种“羟基自由基（·OH）”。纳米二氧化钛是一种半导体氧化物，钛元素外层电子存在激发态空轨道，当具有高能量的紫外光照射晶体表面时，基态电子吸收光子能量跃迁到激发态，成为高能量自由电子，作用于水与氧分子就会形成强氧化性的羟基自由基，该自由基降解有机污染物杀灭细菌霉菌与病毒，或者转化为负氧离子，负氧离子另一个重要来源是高能量自由电子直接与氧气分子结合。当然，纳米二氧化钛晶体表面受光激发后产生自由电子，原位上会形成一个带正电荷的空穴（h+），它们也可以直接作用有机污染物，在杀灭细菌霉菌与病毒时也会起到作用。如图2所示，羟基自由基与空穴杀灭细菌霉菌与病毒时有三种途径（1）穿透细胞膜，漏液死亡；（2）氧化辅酶不能呼吸死亡；（3）破坏细菌DNA死亡。

图2羟基自由基与空穴杀灭细菌霉菌与病毒时有三种途径

当光子轰击纳米二氧化钛晶体表面时，激发出来的高能量自由电子可以与氧分子直接结合形成负氧离子，这也是光催化生成负氧离子的主要形成机理。如图3所示。

图3 光触媒光照下释放负氧离子过程示意图