煤、石油、天然气等化石燃料的使用所引发的的温室效应，空气污染等环境问越题来越成为不容忽视的社会问题，而化石燃料的不可再生性也意味着这种能源利用方式的不可持续行性。在这样的背景下，寻找和利用清洁、安全、可再生的新能源成为了亟待研究人员解决的问题。

？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？化石燃料的利用引起的环境问题

太阳能以其广泛存在，且对人类社会而言几乎取之不尽的特性一直吸引着人们的兴趣。实际上，太阳能的利用方式是历史悠久的，也是多种多样的。比如，在田野里，我们可以通过植物的种植，将太阳能转化为生物质能，储存在食物中；在家里，我们可以利用太阳能热水器甚至阳光下的一盆水将太阳能转化为热能，储存在热水中；在太阳能电站，光伏电池阵列则可以帮助我们将太阳能转化为电能，供给千家万户、各行各业的使用。除上面列举的太阳能利用方式之外，近年来将太阳能转化为化学能，即光催化反应的研究成为了研究人员的新宠。

太阳能转化为化学能，也即光催化反应的过程，简而言之，就是利用太阳能，在光催化剂的辅助下，推动化学反应的发生的过程。在这个过程中，光催化材料吸收太阳能，在内部产生具有氧化还原能力的电子空穴对，这些电子空穴对反应体系中的物质进行还原或者氧化，生成对应的产物或产生相应的效果，完成化学能的生成和储存。

光催化反应已经或者有潜力在多种场合发挥作用。目前而言主要有两个方面：即环境净化和太阳燃料的合成。环境净化通过光催化反应，可以将空气（NO_x等）或者水中的污染物（有机废物等）分解为简单、无害的无机物等，也可以通过光催化反应，破坏细菌细胞壁的结构，从而达到水体杀菌的效果；在太阳燃料合成方面，可以利用光激发的电子和空穴对，将水和二氧化碳合称为简单的有机物，如甲醇等，即人工光合作用，另一方面可以利用光催化材料中光激发产生的电子和空穴对，对水（H₂O）中的质子和氧负离子（O^2-）进行还原和氧化，生成氢气和氧气，也就是光催化分解水反应。由于氢气具有高热值，清洁，且可以用作多种化学工业的原料，因此这种利用方式堪称最理想的太阳能转化学能方式。