光催化是指光触媒在外界可见光的作用下发生催化作用。光催化一般是多种相态之间的催化反应。光触媒在光照条件（可以是不同波长的光照）下所起到催化作用的化学反应，统称为光反应。

光催化的原理是半导体材料在受到能量相当于或高于催化剂半导体的禁带宽度的光辐照时,晶体内的电子受激从价带跃迁到导带,在导带和价带分别形成自由电子和空穴,水在这种电子-空穴对的作用下发生电离,生成H₂和O₂。光解水过程的效率与受光激发而产生的自由电子和空穴对的多少、自由电子-空穴对的分离、存活寿命、再结合及逆反应的抑制等因素有关。必须指出的是,并不是所有的半导体材料都能作为光解水的催化剂。要作为光解水的催化剂,必须满足一定的条件:首先,禁带宽度要大于水的电解电压(理论值为1.23eV);其次,要满足电化学方面的要求,即半导体价带的位置应比O₂/H₂O的电位偏正,而导带的位置应比H₂/H₂O的电位偏负。

TiO₂膜是由许多TiO₂微小颗粒构成的呈交叉网状结构的多孔-微晶立体膜。膜的真实比表面很大，对光的吸收十分有利。

我国在光解水相关研究方面也有特色。研究表明，Ti0₂为可用于光解水较适宜的电极材料，但其禁带宽度为3.2eV，只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光，光电转换率仅有0.4%左右。而禁带宽度在1.8eV左右的半导体作电极，可最大限度地吸收太阳光，提高制氢转换效率，但这类电极容易产生阳极溶解，发生光腐蚀。我国的科研人员采用在反应体系中加入电子接受体、在Ti0₂表面担载贵金属、制备二元及多元复合催化剂、掺杂稀土元素、光敏化，以及采用新型的制备方法提高光催化剂的催化活性，先后开发了SrTi0₃、K₄Nb₆O₁₇、BaTi₄0₉、K₃Ta₃Si₂O₁₃以及具有层间复合结构的CdS/KTiNbO₅、CdS／K₂Ti₃₉Nb0_1O9/Pt等多种催化剂，取得了很大进展，紫外光照射纯水的活性已由最初的几μmol／goh催化剂增大到几百μmol／goh。

光催化氧化技术在水分解制氢的领域，有着广阔的应用前景。但是，该技术在该领域的实际应用中还存在着问题：

作为光解水制氢的核心材料,光催化剂的研究经历了从TiO₂过渡金属氧化物、层状金属氧化物到新型复合氧化物的发展过程。研究发现,具有宽禁带的光催化剂在紫外光照射下,按化学计量比把纯水分解成氢气和氧气方面具有很高的活性。但是,使用紫外光存在一些局限,如耗电量大,价格昂贵等,且太阳光中只有低于5%的紫外光,所以这一类光催化剂不能得到实际应用。目前,尽管邹志刚等已报道了InTaO₄和In₁-xNi_xO₄，可以在可见光照射下把纯水分解为氢气和氧气,但是高效光催化剂还没有研制出来。

目前采用的液相系处理方式虽然光解效率高，但是催化剂往往由于其颗粒太小，易失去活性，稳定性也差并造成光催化剂分离回收困难。如纳米TiO₂这样微颗粒催化剂固定化成膜后，虽然大大扩宽了这种光催化剂的应用范围，能够在同一反应器内实现吸附、催化、分离等有机结合，但是其光解效率有所下降，催化活性没有悬浮相系处理方式的高，而且其强度和耐冲击性也不够，这就需要进一步探索多相光催化反应的机理，设计出合理有效的反应装置。在光催化反应过程中，影响反应进程的因素关系复杂，各种影响因素都有待于进一步的实验验证。反应动力各种因素的对光催化氧化降解过程影响的研究，会起到很大的推动作用。

光催化技术虽然已经取得了一定的成就。但是光催化技术目前的应用研究，仍属于起步阶段，在实际应用中还存在诸多问题。反应机理和反应动力学，寻找高效光催化剂，反应器模型的设计，催化剂的固载化的工业化应用，降低成本等方面尚需作进一步的研究，跨学科的合作也有待加强。

同时，除了将光催化技术应用于常温分解水以外，类似的常温合成氨、常温固氮、常温分解有毒物质、常温固碳等领域也有着非常广阔的前景。