光解水和CO2資源化是人工光合作用兩大系統(tǒng)，據(jù)估計(jì)，人工光合作用可滿足40%交通工具所需要的高能量密度燃料的碳平衡生產(chǎn)。一百年前，人工光合作用還只是存在于小說(shuō)和電影中，虛無(wú)縹緲。現(xiàn)在，以半導(dǎo)體光電極為基礎(chǔ)的一系列真實(shí)存在的人工光合作用系統(tǒng)相繼被開(kāi)發(fā)?？茖W(xué)家和工程師所面臨的問(wèn)題就是：如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)人工光合作用系統(tǒng)的安全性、耐用性、高效性以及可拓展性等4個(gè)重要指標(biāo)。這些，將有待納米技術(shù)的幫助！

　　現(xiàn)如今，能夠高效地將水分解成氫氣和氧氣的光催化材料仍然主要限于氧化物半導(dǎo)體，其吸收約500nm波長(zhǎng)的光，因此，涉及窄帶隙材料是一個(gè)持續(xù)且重要的挑戰(zhàn)。一些顆粒狀非氧化物光催化劑（如（氧）氮化物和（氧）硫?qū)僭鼗铮┻m用于可見(jiàn)光下的水分解，Z型系統(tǒng)也可以利用可見(jiàn)，其中Z型系統(tǒng)*基于光吸收材料，光吸收波長(zhǎng)大約為600 nm甚至更長(zhǎng)。除了光的波長(zhǎng)外，對(duì)于光的照射強(qiáng)度對(duì)光解水的影響也十分大。光催化水分解反應(yīng)在強(qiáng)光的照射下進(jìn)行，必須考慮高濃度的光激發(fā)載流子，以及高的氫氣和氧氣生成速率的造成的不可預(yù)見(jiàn)的影響。因?yàn)樵趯?shí)際操作條件下，這可能引起電荷載體的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和質(zhì)量傳輸行為的偏差，對(duì)光催化會(huì)有不利的影響。當(dāng)然，為了使光催化劑產(chǎn)生的載流子（電子、空穴或激子）快速的分離，一般會(huì)設(shè)計(jì)合理的助催化劑與光催化劑結(jié)合，提高光催化效率。

　　大氣中常見(jiàn)的光解水作用有兩種，一種是：O3+hν→O2+O1Dλ<320nm，臭氧被光分解成了氧分子和一個(gè)處于激發(fā)態(tài)的氧原子O1D。這一氧原子會(huì)和空氣中的水分子作用而生成氫氧根：O1D+H2O→2OH，這些氫氧根會(huì)氧化碳?xì)浠衔?，因而有如同清潔劑的效果。第二種是：NO2+hν→NO+O，這是對(duì)流層中的臭氧形成的主要化學(xué)作用。