煤、石油、天然氣等燃料的使用所引發的的溫室效應、空氣污染等環境問題越來越成為不容忽視的社會問題，而燃料的不可再生性也意味著這種能源利用方式的不可持續性。在這樣的背景下，尋找和利用清潔、安全、可再生的新能源成為了亟待研究人員解決的問題。
太陽能以其廣泛存在、且對人類社會而言幾乎取之不盡的特性一直吸引著人們的興趣。實際上，太陽能的利用方式是歷史悠久的，也是多種多樣的。比如，在田野里，我們可以通過植物的種植，將太陽能轉化為生物質能，儲存在食物中；在家里，我們可以利用太陽能熱水器將太陽能轉化為熱能，儲存在熱水中；在太陽能電站，光伏電池陣列則可以幫助我們將太陽能轉化為電能，供給千家萬戶、各行各業的使用。除上面列舉的太陽能利用方式之外，近年來將太陽能轉化為化學能，即光催化反應的研究成為了研究人員的新寵。
太陽能轉化為化學能，也即光催化反應的過程，簡而言之，就是利用太陽能，在光催化劑的輔助下，推動化學反應發生的過程。在這個過程中，光催化材料吸收太陽能，在內部產生具有氧化還原能力的電子和空穴對，這些電子和空穴對反應體系中的物質進行還原或者氧化，生成對應的產物或產生相應的效果，完成化學能的生成和儲存。
光催化反應已經或者有潛力在多種場合發揮作用。目前而言主要有兩個方面：即環境凈化和太陽燃料的合成。環境凈化通過光催化反應，可以將空氣或者水中的污染物分解為簡單、無害的無機物等，也可以通過光催化反應，破壞細菌細胞壁的結構，從而達到水體殺菌的效果；在太陽燃料合成方面，可以利用光激發的電子和空穴對，將水和二氧化碳合稱為簡單的有機物，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發產生的電子和空穴對，對水中的質子和氧負離子進行還原和氧化，生成氫氣和氧氣，也就是光催化分解水反應。由于氫氣具有高熱值，清潔，且可以用作多種化學工業的原料，因此這種利用方式堪稱最理想的太陽能轉化學能方式。
