半導體材料在紫外及可見光照射下，將光能轉化為化學能，并促進有機物的合成與分解，這一過程稱為光催化。當光能等于或超過半導體材料的帶隙能量時，電子從價帶(VB)激發到導帶(CB)形成光生載流子(電子-空穴對)。在缺乏合適的電子或空穴捕獲劑時，吸收的光能因為載流子復合而以熱的形式耗散。價帶空穴是強氧化劑，而導帶電子是強還原劑。大多數有機光降解是直接或間接利用了空穴的強氧化能力。

常見的金屬氧化物或硫化物光催化劑有TiO，、ZnO、WO3、Fe2O3 、ZnS、CdS和PbS等。其中，CdS的禁帶寬度較小，與太陽光譜中的近紫外光段有較好的匹配性，可以很好地利用自然光源，但容易發生光腐蝕，使用壽命有限。TiO，具有催化能力強、化學穩定性好、無毒、價格低等優點，是目前研究和應用廣泛的光催化劑。為提高金屬氧化物或硫化物光催化劑的催化性能，可對其進行修飾改性。

光催化在環保方面的應用包括以下兩點：

1)有機污染物的處理：光催化反應能分解多種環保上關注的有機物，還可消毒、脫色等。值得一提的是，光催化能將許多物質降解得十分*，終產物除了CO 和H2O外，初始污染物中含有的鹵素、硫、磷和氮等分別被轉化為X一、SO42- 、PO43- 、NO3-等無機鹽離子，大大減輕甚至*消除了危害性。

2)無機污染物的處理：光催化能夠解決汞、鉻、鉛等重金屬離子的污染問題。劉森等 以ZnO／TiO2為催化劑，以日光為光源，利用ZnO和TiO2 的協同光催化作用對電鍍含鉻廢水進行處理，使cr6離子還原為Cr3 離子，再以氫氧化物形式除去后者，從而達到治理的目的。光催化過程同樣能夠處理其他污染性金屬。光催化還可降解劇毒污染物。另外SO₄^2-、NO₃^-等有害氣體均可吸附于光催化劑表面，并在光的作用下轉化。