Il biossido di titanio (TiO2) è un ossido semiconduttore dotato di una elevata reattività per cui può essere chimicamente attivato dalla luce solare .Esso, infatti, attraverso l’assorbimento diretto di fotoni incidenti, può partecipare a processi fotochimici di superficie.

Questa forte attività fotocatalitica , dovuta alle sue caratteristiche chimiche e fisiche, è stata oggetto di numerosi studi già a partire dal 1972 in Giappone, ma il processo di analisi si è intensificato soprattutto negli ultimi anni. In particolare il TiO2 è risultato il catalizzatore più efficace, rispetto ad altri impiegati, nella degradazione di molti contaminanti di interesse.
L’ importanza pratica del biossido di titanio è dimostrata dal suo utilizzo in processi elettro-chimici e come pigmento per pitture e polimeri. Le proprietà ottiche ed elettroniche del TiO2 hanno numerose applicazioni nei sensori di gas, nei rivestimenti antiriflettenti per celle solari e nei processi di conversione dell’energia foto-chimica.

Il biossido di titanio esiste in tre diverse strutture cristalline (rutilo, anatasio e brookite) e in fase amorfa. La brookite ha una struttura ortorombica,le altre due forme invece hanno una struttura tetragonale contenente tre ottoedri distorti, in particolare la struttura tetragonale del rutilo contiene due molecole di TiO2 per cella primitiva. Il rutilo e l’anatasio sono le forme più diffuse in natura.

Ogni atomo di titanio è circondato da un ottaedro leggermente distorto di atomi di ossigeno. Gli ottoedri TiO6 rappresentano l’unità strutturale di base delle varie strutture polimorfe.
Le maggiori differenze strutturali tra le diverse forme sono nel numero di ottaedri condivisi, cioè due nel rutilo, tre nella brookite e quattro nell’anatasio.
Il rutilo è la forma cristallina più stabile termodinamicamente ed è la più usata industrialmente mentre l’anatasio è metastabile e delle tre forme è quella più attiva come fotocatalizzatore e quindi quella più usata tecnologicamente.
Riassumendo le caratteristiche della titania sono :
- trasparenza nella regione del visibile;
- alta porosità;
- alta affinità superficiale;
- bassi costi e facile produzione in grandi quantità;
- inerzia chimica, non tossicità, biocompatibilità.