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作为已知最为有效的处理污染物的方法之一，TiO2光催化在近些年来引起了广泛的研究兴趣。在TiO2光催化降解有机污染物的过程中，羧酸是被普遍观察到的最为重要的反应降解中间产物之一。羧酸分子的降解在很大程度上影响了TiO2光催化反应的进程，甚至在一定程度上决定了TiO2光催化反应的效率。但是，目前羧酸降解的相关机理还不是很清楚。因此，研究TiO2光催化降解羧酸类有机污染物的反应机理，具有非常重要的意义。
本论文利用同位素标记及漫反射红外光谱表征等方法对TiO2光催化降解羧酸类有机污染物的反应进程做了详细研究，检测了有机羧酸降解过程中的主要中间物种，揭示了TiO2光催化降解有机羧酸的主要反应路径，阐明了O2和H2O在有机羧酸降解过程中所起的主要作用。主要研究进展有：
1．利用同位素标记方法考察了TiO2光催化降解饱和直链羧酸的反应过程，结合漫反射红外和电化学实验，揭示了一条未经发现的TiO2光催化脱羧反应路径。该路径主要由两步反应组成：首先，作为底物的饱和羧酸经由空穴或羟基自由基氧化而生成α-酮酸中间体；然后，该α-酮酸在导带电子和O2的协同作用下发生脱羧反应并生成短链羧酸产物。同位素标记实验表明，在第二步反应中，O2提供的一个氧原子被嵌入到了反应产物中。该路径不同于传统的一步空穴氧化脱羧路径，O2在该路径中也不是单纯起到了电子接受体的作用。
2．利用漫反射红外光谱考察了TiO2光催化降解有机羧酸的反应过程。选取了丙酸和三甲基乙酸为模型化合物，通过详细研究底物羧酸不同官能团在红外光谱中对应红外峰强度衰减的动力学，以及分析羧酸降解过程中谱图新出现红外峰的归属，确定了TiO2光催化降解羧酸的主要反应路径以及反应的主要中间产物。同时，进一步考察了O2和H2O在丙酸和三甲基乙酸降解过程中所起的主要作用。研究发现，在丙酸的降解过程中，O2会作为直接的氧化剂参与反应，导致乙醛等中间产物的生成。而在三甲基乙酸的降解过程中，O2并不会作为直接的氧化剂参与反应。对于丙酸，H2O会加快其烷基的分解，但是对其羧基的分解影响很小；对于三甲基乙酸，H2O对其降解反应几乎没有影响。H2O在丙酸和三甲基乙酸降解过程中所起的不同作用与羧酸的分子结构有关：只有在αC-H存在的情况下，H2O才会直接参与到羧酸的降解过程中来。