Các hoạt động của giao thông vận tải, công nghiệp, làng nghề
v.v. phát thải vào không khí nhiều hợp chất có độc tính cao và các vi
khuẩn có hại cho sức khỏe con người. Vì vậy, xử lý ô nhiễm không
khí là vấn đề cấp bách cần được quan tâm nghiên cứu giải quyết.
Để xử lý các tác nhân ô nhiễm trong không khí, người ta thường
sử dụng nhiều phương pháp như màng lọc, hấp phụ bằng than hoạt
tính, khử trùng nhiệt động, ion hóa, ozon hóa, xúc tác quang hóa, chiếu
xạ tia cực tím v.v. Trong đó, phương pháp xúc tác quang hóa với chất
xúc tác là titan dioxit (TiO2) có nhiều ưu điểm nổi trội như xử lý hoàn
toàn các chất độc thành cacbon dioxit, nước, và các muối, không sinh
ra các chất phụ, thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thường,
vật liệu dễ kiếm và rẻ tiền.
Tuy nhiên, TiO2 có nhược điểm là độ rộng vùng cấm lớn (Eg
3,2eV), phản ứng chỉ xảy ra khi bức xạ nằm trong vùng tử ngoại, tốc
độ tái kết hợp của cặp điện tử - lỗ trống cao, dẫn đến hiệu suất lượng
tử quang hóa kém và hiệu quả xúc tác quang hóa thấp. Vì vậy, người
ta thường pha tạp (doping) các kim loại hoặc phi kim vào cấu trúc
mạng tinh thể của TiO2 để thu được chất xúc tác hoạt động trong
vùng ánh sáng khả kiến. Trong số các nguyên tố pha tạp, nitơ được
sử dụng nhiều hơn cả, do cách pha tạp nitơ thường đơn giản nhưng
mang lại hiệu quả cao
