关于纳米TiO2对氨气的光催化氧化降解反应，目前主要存在三种反应机理。一是认为在紫外光辐射和室温条件下，锐钛型纳米TiO2能够将氨气光催化氧化降解为氮气和一氧化二氮，其中氮气的生成量是一氧化二氮生成量的四倍。并且认为纳米TiO2粒子对氨气光催化氧化降解反应可用反应式（4-17）～式（4-23）表示，简称为反应机理（Ⅰ）。

（TiO2）+hυ→p++e-

（4-17）

O-+p+→O∗

（4-18）

NH3+O∗→NH3O∗⇌NH2OH∗

（4-19）

NH2OH∗→NH∗+H2O

（4-20）

NH∗+HNO→N2+H2O

（4-21）

HNO+HNO→N2O+H2O

（4-22）

从反应机理（Ⅰ）可发现，反应的主要中间产物是NH和HNO，它们通过与氧发生氧化反应生成氮气和一氧化二氮。

二是认为纳米TiO2吸收辐射光后产生具有强氧化能力的羟基自由基，然后它们再与氨气发生氧化反应，并将其进一步降解为氮气和水，可用反应式（4-23）～式（4-29）表示，简称为反应机理（Ⅱ）。

NH3+·OH→NH2+H2O

（4-23）

NH2+·OH→NH+H2O

（4-24）

NH2+·OH→HNO

（4-25）

NH+O2→HNO

（4-26）

HNO+·OH→NO+H2O

（4-27）

HNO+O2→HNO3

（4-28）

NO+NH2→N2+H2O

（4-29）

从反应机理（Ⅱ）可以发现，主要中间产物包括NH、NH2、NO、HNO和HNO3，它们能够通过进一步氧化反应生成氮气和水。

三是主要认为在氨气光催化降解反应过程中，生成的氢氧自由基能够抽取氨分子中的氢原子，并使之最终氧化为氮气，其可能的降解如反应式（4-30）～式（4-33）所示，简称为反应机理（Ⅲ）。

NH3+·OH→NH2+H2O

（4-30）(www.daowen.com)

2NH2→NH2—NH2

（4-31）

NH2—NH2+2·OH→NH—NH+2H2O

（4-32）

NH—NH+2·OH→N2+2H2O

（4-33）

在反应机理（Ⅲ）中，主要的中间产物有NH2、NH—NH和NH2—NH2，它们通过氧化反应被进一步转化为氮气和水。

比较这三种光催化降解反应机理过程可以发现，虽然氨气的降解反应途径不尽相同，但是其中起主要作用的都是羟基自由基对氨气的氧化降解。并且三者的共同点是它们的最终氧化产物都包含氮气，这说明在氨气的光催化氧化反应中生成氮气的可能性最大。此外，在反应机理（Ⅰ）中还发现有少量的一氧化二氮生成，可吸附于纳米TiO2表面。尽管一氧化二氮能够溶于水，但是却不能与水发生化学反应而进一步生成其他氮氧化物。值得注意的是，反应机理（Ⅱ）中的产物包括一氧化氮和硝酸。在氧气和紫外光辐射条件下，最终一氧化氮几乎被完全降解，而硝酸则吸附在纳米TiO2表面并未生成其他产物。一氧化氮和二氧化氮的光催化氧化降解反应生成硝酸的过程如反应式（4-34）和式（4-35）所示。

NO+·O2H→HNO3

（4-34）

NO2+·OH→HNO3

（4-35）

研究已证明，如果在氨气的光催化氧化反应中有一氧化氮和二氧化氮生成，会迅速地转化为硝酸，并且能部分或全部地吸附于催化剂和纤维的表面。然而，当纳米TiO2负载棉织物对氨气光催化氧化降解反应完成后，使用离子色谱检测负载棉织物的水萃取液并未发现其中有硝酸根离子生成。由此推断在此反应产物中并不存在硝酸，更不会有一氧化氮和二氧化氮生成。因此可使用反应式（4-36）～式（4-44）描述纳米TiO2负载棉织物对氨气的光催化氧化降解反应机理。

TiO2+hυ→e-cb+h+νb

（4-36）

h+υb+H2O→·OH

（4-37）

NH3，ga→NH3，ad

（4-38）

NH3，ad+·OH→NH2，ad+H2O（或H+）

（4-39）

NH2，ad+·OH→NHad+H2O（或H+）

（4-40）

NHad+·OH→Nad+H2O（或H+）

（4-41）

NHx+NHy→N2Hx+y（x,y=0，1，2）

（4-42）

N2Hx+y+（x+y）h+υb→N2，ad+（x+y）H+

（4-43）

N2，ad→N2，ga

（4-44）