نانوفتوکاتالیست
کاتاليزور ماده اي است که سرعت واکنش شيميايي را افزايش مي دهد. کاتاليزور در ابتدا با مواد اوليه تشکيل پيوند مي دهد و آن ها را به محصول تبديل مي کند. سپس محصول از سطح کاتاليزور جدا مي شود و مواد واکنش نداده براي ادامه واکنش روي سطح کاتاليزور باقي مي مانند. در حقيقت، مي توان واکنش هاي کاتاليزوري را به صورت يک سيکل بسته در نظر گرفت که در ابتدا کاتاليزور وارد واکنش مي شود سپس در انتهاي سيکل به شکل اوليه خود بازيابي مي شود.فتوکاتالیست ها یا کاتالیزورهای نوری گروهی از کاتالیزورها می باشند که عملکرد خود را با قرار گرفتن در معرض تابش نور نشان می دهند.نیمه رساناهایی چون TiO2، ZnO، CdS، ZnO2  و SnO2 از شاخه فتوکاتالیست ها هستند.
واکنش های فتوکاتالیستی که در سطح نیمه رساناها اتفاق می افتد دارای کاربردهای بسیاری است که از این میان می توان به سنتز سوخت های شیمیایی (نظیر هیدروژن از طریق شکافت آب)، اکسیداسیون انتخابی، تخریب و حذف مواد آلی، گندزدایی، محافظت فلزات از خوردگی، لیتوگرافی و ... اشاره کرد. از میان این کاربردها حذف آلاینده ها از آب و هوا به عنوان یک ضرورت در زندگی مدرن مطرح می گردد. در میان این نیمه رساناها  TiO2 به عنوان یک ماده ایده ال و فتوکاتالیست قابل استفاده در محیط زیست جلب توجه می کند چون بسیار پایدار، غیر سمی، در دسترس، ایمن و فعال نوری است.
TiO2 شامل تراز انرژی دارای الکترون به نام نوار ظرفیت (VB) و تراز دیگر با انرژی بالاتر و خالی از الکترون به نام نوار رسانایی (CB) می باشد. تفاوت انرژی بین این دو تراز شکاف انرژی یا بند گپ نامیده می شود. زمانی که انرژی فوتون بزرگتر یا مساوی انرژی بند گپ باشد انتقال الکترون از VB به CB انجام می گیرد. TiO2 با جذب انرژی حدود 3.2 الکترون-ولت (nm 388=maxλ) تولید یک جفت الکترون-حفره می نماید. الکترون و حفره تولید شده با انتقال به سطح مشترک می تواند باعث انجام واکنش های اکسیداسیون- احیا تحت شرایط محیطی گردد. حفره تولید شده (hvb+ ) ممکن است با H2O یا OH- روی سطح سریعاً واکنش داده و تولید هیدروکسی رادیکال ها را نماید بعلاوه ecb-توسط اکسیژن گرفته شده، تا آنیون رادیکال های سوپراکسید O2.- را ایجاد کند. پیشنهاد شده که رادیکال های هیدروکسی و آنیون رادیکال سوپر اکسید به عنوان نخستین گونه های اکسید کننده در واکنش های اکسیداسیونی فتوکاتالیستی مطرح می باشند. الکترون تولید شده باعث احیای O2 به آب می شود، در احیای اکسیژن توسط الکترون های تولید شده ابتدا سوپراکسید O.2- به عنوان اولین محصول احیایی تولید می شود که به هیدروژن پراکسید و در نهایت به آب تبدیل می شود. حفره ی ایجاد ِشده باعث تخریب مواد آلی (آلودگی ها) می شود. این فرآیند نیز شامل اکسیداسیون اولیه گروه های OH­- سطحی روی TiO2 و تبدیل شدن آنها به OH­- های رادیکالی می شود و آنها هم مواد آلی را اکسید می کنند.
در این فرآیند حفره ایجاد شده توسط فرآیند فوتونی باعث ایجاد رادیکال های OH در سطح شده که قادر به تخریب باکتری ها، ویروس ها و قارچ ها می شود. الکترون تولید شده در این فرایند نیز می تواند با اکسیژن های جذب شده در سطح واکنش داده و آنیون رادیکال سوپر اکسید تولید نماید که به ترتیب به هیدروژن پراکسید و سپس به آب احیا می گردد.
با استفاده از فتوکاتالیست ها می توان پوشش هایی را تهیه کرد که آبدوستی بالایی از خود نشان می دهند. به عبارت دیگر زمانی که سطحی با محلولی از فتوکاتالیست پوشش داده شود و در معرض نور خورشید قرار گیرد زاویه تماس این سطح با آب بسیار کاهش می یابد. بنابراین آب روی سطح مورد نظر به صورت قطره قرار نمی گیرد بلکه به صورت کاملاً پخش شده و همگن مثل شیشه ها و سطوح شفاف عمل می کند. این خاصیت یکی از عوامل موثر در خاصیت خود تمیزشوندگی این سطوح می باشد.
پس از پوشش زاویه تماس قطره آب با سطح بسیار کاهش یافته است
دیواره خارجی ساختمان های پوشش داده شده با لایه ای از فتوکاتالیست به دلیل داشتن خاصیت اکسید کنندگی مواد آلی فرار آزاد شده از آلاینده های محیطی باعث تمیز شدن تدریجی این بناها می شود. بعد از انجام اکسیداسیون آلودگی ها توسط آب باران شسته شده و سطح خارجی بنا کاملاً تمیز می شود که از آن به عنوان خاصیت خود تمیز شوندگی یاد می شود.
امروزه فرآیندهای فتوکاتالیستی به عنوان یکی از مؤثرترین روش ها برای حذف آلاینده هایی نظیر آفت کش ها، رنگ ها و ... در محیط های آبی مطرح می باشند. آلاینده های موجود در آب همچنین میکروارگانیسم ها توسط فتوکاتالیست ها به ترکیبات غیر سمی اکسید می شوند.
فتوکاتالیست ها قادرند واکنشهای فتوکاتالیستی را در دمای معمولی و زمانی که در معرض نور قرار می گیرند انجام دهند. آلاینده های هوا شامل اکسید های نیتروژن (NOx)، ترکیبات سولفور دار شامل اکسید های سولفور (SOx) و سولفید هیدروژن، هیدروکربن ها (HC) (که در وسایل نقلیه و کارخانه ها تولید می شوند) و منوکسید کربن هستند. گازهای آلاینده موجود در هوا را می توان با استفاده از فتوکاتالیست ها پاک سازی کرد. اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای سولفور توسط واکنش های فتوکاتالیتیکی به ترتیب به نیترات ها و سولفات ها تبدیل می شوند و نیز منوکسید کربن به دی اکسید کربن تبدیل می گردد. این اجزای تبدیل شده که روی سطح فتوکاتالیست می نشینند توسط باران شسته می شود و سطح فتوکاتالیست بازیابی می گردد.