TiO2光催化原理涉及以下幾個關鍵步驟：
光吸收與電子激發：當TiO2受到能量大於其禁頻寬度的光照射時，價帶中的電子被激發躍遷至導帶，同時在價帶留下空穴。這一過程形成了電子-空穴對。
電荷分離與遷移：激發的電子和空穴可以通過電場作用或擴散方式在催化劑表面與吸附的物質發生氧化還原反應，或者被表面晶格缺陷捕獲。這些電荷載體也可能在催化劑內部或表面直接複合。
表面反應：空穴能夠與表面的OH-或H2O反應生成羥基自由基（HO•），這是一種高活性的氧化劑，能夠無選擇地氧化多種有機物。光生電子可以與O2等活性氧類反應，生成超氧自由基等活性氧自由基，它們也能參與氧化還原反應。
影響因素：催化劑的晶型、粒徑、自身缺陷、表面結構以及外界因素如溫度、pH值、氧化劑添加、光源和其他離子的添加都會影響TiO2的催化活性。
量子效率：光催化反應的量子效率通常較低，這是因為電子和空穴的複合速率很快。增載入流子的俘獲或提高表面電荷遷移速率可以抑制電荷載流子複合，從而提高量子效率。
套用：光催化技術利用光激發的TiO2催化劑產生電子和空穴對污染物進行氧化還原反應，從而達到淨化環境的目的。這種技術在改善室內空氣品質等方面受到認可。
綜上所述，TiO2光催化原理涉及光吸收、電子激發、電荷分離與遷移、表面反應以及影響因素等多個步驟，其中電子和空穴的生成、遷移和參與的化學反應是核心過程。