شکل(1-3)، افزایش شکاف انرژی در راستای کاهش تعداد ذرات
1-10. مکانیسم تخریب فوتوکاتالیستی تیتانیوم دی اکسید :
فرآیند اکسایش فوتوکاتالیستی بر پایه ایجاد حفره‌های با بار مثبت و الکترون‌های آزاد در اثر برخورد فوتون‌ها به بلورهای تیتانیوم دی ‌اکسید است زمانی که ذرات یک نیمه‌رسانا مانند تیتانیوم دی ‌اکسید تحت تابش اشعه فرابنفش قرار می‌گیرد الکترون‌های آن از نوار ظرفیت به نوار رسانایی انتقال می‌یابند که این امر باعث ایجاد حفره‌های مثبت و الکترون‌های آزاد می‌گردد این حفره‌های خالی مثبت و یا الکترون‌های آزاد محل‌های مناسبی برای شروع واکنش‌های تخریبی بر روی مواد آلاینده و یا ایجاد رادیکال‌های آزاد می‌باشند. تیتانیا به عنوان فوتوکاتالیزور برای ایجاد حامل‌های بار در فرآیندهای اکسایش و کاهش به کار می‌رود.TiIV OH.} }، TiIV OH می توانند به عنوان تله انداز سطحی نوار ظرفیت و تله انداز سطحی نوار رسانش عمل کنند. OH رادیکال سطحی که با TiIV OH نشان داده می‌شود از لحاظ شیمیایی معادل با حفره سطحی می‌باشد. بر طبق تحقیقات سرپون و لولس حفره و رادیکال OH سطحی گونه‌های متمایز از هم می‌باشد [62]. مشخص شده است که برای گونه‌های جذب شده بر سطح تیتانیوم دی ‌اکسید واکنش انتقال حفره می‌تواند با فرآیند ترکیب مجدد الکترون-حفره رقابت کند. واکنش‌های فوتوشیمیایی فصل مشترک به ترتیب در رابطه های (1-1)، (1-2) و
(1-3) آورده شده است :
رابطه (1-1) : برانگیختگی نوری
TiO2 + hυ e- + hυ
رابطه (1-2) : تله انداختن حامل بار e-CB e-TR
رابطه (1-3) : تله انداختن حامل حفره
h+VB h+TR
ترکیب مجدد الکترون و حفره را می‌توان با رابطه (1-4) نشان داد :
رابطه (1-4) : e-TR+ h+VB (h+TR) e-CB + heat
در این راستا باهنمان و همکارانش حامل‌های بار به تله انداخته شده را با استفاده از تکنیک پرتوکافت درخشی آشکار کردند[56]. در ابتدا گسستن پیوندها در مولکول‌های آلی ناشی از به تله افتادن الکترون و حفره جفت‌های نزدیک سطح می‌باشد. فوروب و همکارانش مشاهده کردند که حامل‌های تله انداز در نزدیک سطح ذره ایجاد می‌شود و به سرعت بعد از برانگیختگی تحت عمل ترکیب مجدد قرار نمی گیرند[51]. مهمترین نتیجه در مورد حفره‌ها و الکترون‌های سطحی حاصل از فرآیند فوتواکسایش ترکیبات آلی توسط سرپون و همکارانش بیان شده است[41]. در بسیاری از کاربردها واکنش‌های تخریب فوتوکاتالیستی در حضور آب، هوا، آلاینده و فوتوکاتالیست انجام می‌شود. حضور آب در واکنش‌های فوتوکاتالیستی تیتانیوم دی ‌اکسید ضروری می‌باشد که این واکنش‌ها به ترتیب در رابطه‌های (1-5)، (1-6) و (1-7) نشان داده شده است (شکل 1-4)، [15و50].
H2O + h+ OH-. +H+
رابطه (1-5) : R-H + OH. R.+ H2O رابطه (1-6) :
رابطه (1-7) : محصولات تخریبR+h+R+. +H2O
(شکل 1-4)، شماتیک فرآیند فوتوکاتالیستی
شکل (1-4)، فرآیند فوتوکاتالیستی واکنش‌های فوتون‌های تحریک شده را در حضور یک کاتالیست نشان
می‌دهد. این نوع واکنش‌ها به وسیله جذب سطحی یک فوتون با انرژی کافی (برابر یا بالاتر از باند گپ) انرژی کاتالیست (Ebg) فعال می‌شوند. جذب سطحی منجر به انتقال بار می‌شود که ناشی از انتقال الکترون‌ها از نوار ظرفیت نیمه رسانا‌ها به نوار رسانش می‌باشد، بنابراین حفره‌هایی در نوار ظرفیت ایجاد می‌شود. هدف نهایی این فرآیند واکنش بین الکترون‌های فعال با یک اکسنده است که فرآورده کاهیده تولید می‌شود، از طرف دیگر واکنش بین حفره‌های تولید شده با یک کاهنده فرآورده اکسنده را تولید می‌کند. الکترون‌های تولید شده می‌توانند رنگ را کاهش دهند یا با الکترون‌پذیرنده‌هایی از قبیل O2 که رو‌ی سطحTi(III) جذب می‌شوند واکنش دهند و آنها را به آنیون رادیکال سوپراکسید (O2-.) کاهش دهند. الکترون‌های تولید شده می‌توانند مولکول‌های آلی را به شکل (R+) اکسید کنند و با (OH-) یا (H2O) واکنش می‌دهند و آنها را به رادیکال‌های هیدروکسیل اکسید می‌کنند. رادیکال‌های هیدروکسیل عامل‌های اکسنده قوی هستند که می‌توانند رنگ‌های آزو را تجزیه کنند و در نهایت به ماده معدنی تبدیل کنند. رابطه‌های زیر مکانیسم تخریب رنگ توسط نیمه‌رسانا‌ها را نشان می‌دهد : ( (hυ) انرژی فوتون، (VB)نوار ظرفیت نیمه‌رسانا، (CB) نوار هدایت نیمه‌رسانا) [50].
رابطه (1-8) :
رابطه (1-9) :
رابطه (1-10) :
رابطه (1-11) :
رابطه (1-12) :
رابطه (1-13) : محصولات تخریب
رابطه (1-14) : محصولات اکسایش یافته

                                                    .