煤、石油、天然气等燃料的使用所引发的的温室效应、空气污染等环境问题越来越成为不容忽视的社会问题，而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。
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和空穴对，这些电子和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，可以将空气或者水中的污染物分解为简单、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，对水中的质子和氧负离子进行还原和氧化，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。
