随着工业的发展和人口的增长，过度开发造成的能源短缺和环境污染问题日趋严重。
近些年来，半导体光催化材料被证实可以利用太阳能有效治理环境污染。
如将工业废水中的化学污染物降解为CO2、H2O等无污染的小分子物质，净化空气中一氧化氮、甲烷等有害气体，清除环境中的有害微生物，还原重金属有害物和二氧化碳等。
氢气作为清洁高效的新型能源也可以由光催化剂分解水产生。
与传统方法相比，光催化材料可以做到在常温常压下将太阳能转化为化学能，缓解能源短缺和环境污染问题。
开发更加高效、低成本的光催化剂材料已经成为研究热点。
光催化材料通过吸收太阳光子形成电子空穴对，电子和空穴分离并分别催化还原反应和氧化反应降解其他物质。
其中，TiO2是目前研究最多的也是最具有潜力光催化材料，具有成本低、化学稳定性、催化活性高、氧化还原能力强等优势，但是TiO2材料量子效率低、太阳能利用率低、回收率低等问题限制了TiO2的大规模应用。
目前应用最多的TiO2有两种晶体结构，锐钛矿TiO2禁带宽度为3.2eV，氧化还原能力较强，在光催化领域应用较为广泛，但只能吸收紫外线，太阳能利用率低（约5%太阳光)；金红石TiO2禁带宽度为3.0eV，可以吸收部分可见光，但是其电子空穴对的复合率高，催化活性较差。
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