气中的水分子结合产生具有氧化分解能力的氢氧自由基，负电子则与空气中的氧结合成活性氧，由于这种电子和空穴分别具有较强的还原性和氧化性，因此能使半导体上的物质发生氧化还原反应，从而将光能转换为化学能。这些物质被称为光催化剂。
光催化水分解.水会解离成氢氧根（OH）和氢离子（H）：HO ↔ H + OH在光触媒颗粒表面，氧气会与电子结合形成氧离子，水分子会被电洞氧化成氢氧自由基（OH·），这两者皆为极不稳定的物质，会与有机物结合重新降解成二氧化碳、水。
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