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光催化燈的光催化反應是利用TIO2作為催化劑的光催化過程，是利用紫外光波照射TIO2,從而產生羥基自由基與活性氧物質，其中羥基自由基是光催化反應當中對光催化氧化其決定作用的活性物質。光催化能迅速有效地分解揮發性有機物和構成細菌的有機物，再加上其他活性氧物質的協同作用，其氧化更加迅速。能氧化絕大部分的有機及無機污染物，將其礦化為無機小分子、CO2和H2O等。
光催化燈的光催化反應從宏觀看，可以把它理解成光合作用的逆反應。*，一開始的地球環境不適合生物生存，后來光合細菌和植物開始用光合作用，用葉綠素作為催化劑，將無機物轉化為有機物，它們花了近30億年才結束了地球的惡劣環境，創造了地球生物發展的溫床。而我們的光催化反應則將這個反應反過來了，即催化劑在光的作用下，將有機物轉化成了無機物，這對補完自然界的物質循環過程具有巨大的意義。（大氧化事件與真菌）
那么，通俗的說，光催化的微觀反應其實是二氧化鈦粒子本身是很穩定的存在，但是它吸收了紫外光的能量以后，就開始變得“興奮”起來，把自己身上的電子到處亂扔，于是，它拋出的電子和自身空出的“電位”就變成了撕扯有機物大分子的“刀”，而當能量減弱以后，二氧化鈦粒子就需要“歇會”了，它扔出去的電子也全部跑了回來，和空出的電位結合，于是，二氧化鈦粒子在不消耗自己的情況下，將有機物降解了，這個過程很復雜，但產物是二氧化碳和水。
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