光解水和CO2資源化是人工光合作用兩大系統，據估計，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。一百年前，人工光合作用還只是存在于小說和電影中，虛無縹緲。現在，以半導體光電極為基礎的一系列真實存在的人工光合作用系統相繼被開發。科學家和工程師所面臨的問題就是：如何同時實現人工光合作用系統的安全性、耐用性、高效性以及可拓展性等4個重要指標。這些，將有待納米技術的幫助！

　　現如今，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體，其吸收約500nm波長的光，因此，涉及窄帶隙材料是一個持續且重要的挑戰。一些顆粒狀非氧化物光催化劑（如（氧）氮化物和（氧）硫屬元素化物）適用于可見光下的水分解，Z型系統也可以利用可見，其中Z型系統*基于光吸收材料，光吸收波長大約為600 nm甚至更長。除了光的波長外，對于光的照射強度對光解水的影響也十分大。光催化水分解反應在強光的照射下進行，必須考慮高濃度的光激發載流子，以及高的氫氣和氧氣生成速率的造成的不可預見的影響。因為在實際操作條件下，這可能引起電荷載體的準費米能級和質量傳輸行為的偏差，對光催化會有不利的影響。當然，為了使光催化劑產生的載流子（電子、空穴或激子）快速的分離，一般會設計合理的助催化劑與光催化劑結合，提高光催化效率。

　　大氣中常見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處于激發態的氧原子O1D。這一氧原子會和空氣中的水分子作用而生成氫氧根：O1D+H2O→2OH，這些氫氧根會氧化碳氫化合物，因而有如同清潔劑的效果。第二種是：NO2+hν→NO+O，這是對流層中的臭氧形成的主要化學作用。