光催化材料
世界上可用作光催化剂的材料有很多，包括二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）、氧化锡（SnO2）、二氧化锆（ZrO2）、硫化镉（CdS）等氧化物硫化物半导体。其中，二氧化钛（TiO2）由于其氧化能力强、化学稳定性好、无毒性等特点，成为目前国际上最流行的纳米光催化材料。早期也有人用硫化镉（CdS）、氧化锌（ZnO）作为光催化材料，但由于其化学性质不稳定，在光催化过程中会发生光溶解，溶解出具有一定生物毒性的有害金属离子，因此发达国家很少将其作为民用光催化材料，一些国家仍在工业光催化领域加以应用。
二氧化钛是一种半导体，其晶体结构有三种：锐钛矿（）、金红石（Rute）和板钛矿（）。其中，只有锐钛矿结构和金红石结构才具有光催化性能。
二氧化钛是一种氧化物半导体，是世界上产量非常大的一种基本化工原料。普通二氧化钛一般被称为块体半导体，以区别于纳米二氧化钛。具有瓦片结构的二氧化钛，在具有一定能量的光子的激发下，能使分子轨道上的电子离开价带（带）跃迁到导带（带）[光子激发原理参考光催化反应原理]，结果在材料的价带中形成光生空穴[Hole+]，在导带中形成光生电子[e-]。在块体二氧化钛中，由于二氧化钛颗粒非常大，光生电子在到达导带并开始向颗粒表面移动的过程中，很容易与光生空穴复合，所以我们无法从宏观上观察到光子激发的效果。 但由于纳米二氧化钛粒子尺寸很小，电子很容易向晶体表面扩散，导致在原本不带电的晶体表面两个不同部位出现了两个极性相反的微区——光生电子和光生空穴。由于光生电子和光生空穴都具有很强的外界能量，远高于一般有机污染物分子链的强度，因此光聚合物很容易将有机污染物分解成其最原始的状态。同时，光生空穴还能与空气中的水分子发生反应，生成羟基自由基，同样可以分解有机污染物，杀死细菌和病毒。这种一个区域内两个性质完全相反的微区共同达到相同效果的过程，是纳米技术的典型应用，一般称之为二元协同反应微区，我们称之为二元协同界面。
从上面的介绍我们可以看出，二氧化钛的光催化反应过程很大程度上取决于第一步的光子激发，因此，足够的激发二氧化钛的光子才能提供足够的能量。我们还可以知道，光催化反应不是凭空产生的，它也是需要消耗能量的，它符合能量守恒定律，它消耗的是光子，也就是光能。如果光催化剂被太阳光照射，它利用的是太阳能，光利用的是光能。联合国把发展光催化剂列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。