半导体光催化技术作为一种环保的新技术，在降解污染物方面具有诸多优点，如:降解没有选择性，不会产生二次污染;可以降低能量和原材料的消耗；光催化剂具有廉价、无毒、稳定，以及可以重复利用等特点。因此，该技术在抗菌、防腐、净化空气、改善水质及优化环境等方面具有巨大的社会效益和经济效益，以及广阔的应用前景。
半导体光催化原理
1972年，FUJISHIMA等人在TiO2电极上发现了光催化分解水的现象，从而开辟了半导体光催化这一新领域，这也是多相光催化新时代开始的标志。他们借鉴植物的光合作用原理设计了一个太阳光伏打电池，即在水中插入一个n型半导体二氧化钛电极和一个铂(铂黑)电极，当用波长低于415 nm的光照射二氧化钛电极时，可以发现在二氧化钛电极上有氧气释放，在铂电极上有氢气释放。这一现象的产生，是由于光照使半导体阳极产生了具有极高氧化还原的电子空穴对造成的。
而半导体在上述过程中仅仅作为一种媒介，反应前后是不发生变化的。
随后的大量研究发现，即使直接将有金属铂沉积的二氧化钛悬浮于水中，在光照下也能使水分解，光催化正是在这个概念和方法的基础上发展起来的。
根据固体能带理论，半导体的基本能带结构是:存在一系列的满带，最上面的满带称为价带(VB);存在一系列的空带，最下面的空带称为导带(CB);价带和导带之间称为禁带，因而半导体的能带是不连续的。
当用能量等于或大于禁带宽度(Eg)的光照射时，半导体价带上的电子受光激发跃迁到导带，形成带负电的高活性电子;同时，在价带产生相应带正电的空穴，这样就在半导体内部生成电子(e－)-空穴(h+)对。光生空穴能够与吸附在催化剂表面的OH－或H2O发生反应生成·OH，它的氧化活性比空穴更高，能够氧化多种有机物并使其矿化。
光激发产生的电子和空穴也可能在半导体内部或表面复合，如果没有适当的电子和空穴俘获剂，储备的能量在几毫秒内就会由于复合而消耗掉，而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制。由上述光催化作用原理分析可知，光催化过程实际上包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映了光生空穴和光生电子的反应性能，同时二者又相互影响、相互制约。
光催化材料体系
1复合半导体光催化剂
由两种或者两种以上的材料在能带合适的前提下结合在一起而制各出来的光催化剂，复合的新材料既能有效调节单一材料的性能，又会产生出许多新的光化学、光物理方面的特性。当光子激发能较高，半导体间均可发生带间的电子跃迁。由于不同半导体价带和倒带的能级差异，空穴和电子分别聚集在不同的半导体上从而分离载流子，提高光子效率；当光子激发能较低时，仅能激发导带高的电子跃迁至导带较低的半导体上，从而是电子与空穴分离，可被吸收的光的波长范围增加至可见光区。近几年来，对二元半导体复合进行了许多研究，如Ti02／CdS、TiO2／PbS、Ti02／WO3、CdS／Zno、ZnO／ZnS等。这些复合半导体的光催化性能都高于单一半导体。
2过渡金属掺杂光催化剂
掺杂过渡金属原子到半导体催化剂中，由于过渡金属原子具有较多未饱和的d轨道，半导体的能级结构会发生改变，从而对光激发产生的光生载流子起到俘获作用，而且可以降低电子跃迁所需的能量。Choi等研究了21种金属离子对Ti02的纳米颗粒，得出其中掺杂Fe3+的效果最好。并认为掺杂物的浓度、掺杂离子的分布、掺杂能级与Ti02能带匹配程度、电荷的转移和复合等因素对催化剂的活性有直接影响。
3非金属掺杂光催化剂
目前用于半导体光催化剂掺杂的非金属元素主要有氮、硫、卤素和碳，研究得最多的是掺杂氮非金属离子的掺杂很少形成复合中心，而是通过提升价带位置使半导体的带隙变窄而使其具有可见光吸收。Asahi等人将Ti02于N2气氛下高温退火得~Ti02一xNx，其光谱吸收明显的扩展到可见光范围，理论计算表明，氮掺杂Ti02的价带被提升，禁带宽度变窄，其在可见光下显示出了良好的光催化降解有机污染物的性能。
4贵金属沉积
在半导体表面负载贵重金属，可以改变半导体材料的表面性质从而提高光催化反应的性能。在半导体受光激发后，由于金属的功函数比半导体材料的功函数高，电子迁移到负载的贵金属上并被捕获，抑制了电子一空穴对的复合，从而提高了光催化反应的效率。贵金属沉积的主要方法有浸渍还原法光还原法和缦渍还原法。
5表面光敏化
光催化发生时，由于常用的半导体无法吸收能量比禁带Eg小的可见光，所以对太阳光的利用率很低，只有4％左右。因此，如何增大太阳光的吸收率，成为光催化材料的一个重要研究内容。半导体光催化科学技术材料的光敏化就是增大太阳光吸收的一个途径，表面光敏化是指将光活性物质通过化学吸附或物理吸附于光催化剂表面，使激发态的电子转移到催化剂的导带上，从而激发光催化过程。使半导体可以吸收较长波长的光，提高太阳光的利用率，进而提高光催化的效率。Stafford等发现具有羧基取代基的光活性物质能化学吸附在Ti02表面。这些物质在可见光下具有较大的激发基团，可以扩大Ti02的激发波长范围，提高太阳光利用率。
现在越来越多的人们开始关注光催化的研究。虽然光催化技术在光分解水制氢方面的研究并未得到较大的成功，但是在环境治理和污染物净化方面的研究却取得了诸多成果，并且发展迅速。也会越来越多的取得更多领域的发展研究及应用。