光解水和CO2资源化是人工光合作用两大系统，据估计，人工光合作用可满足40%交通工具所需要的高能量密度燃料的碳平衡生产。一百年前，人工光合作用还只是存在于小说和电影中，虚无缥缈。现在，以半导体光电极为基础的一系列真实存在的人工光合作用系统相继被开发。科学家和工程师所面临的问题就是：如何同时实现人工光合作用系统的安全性、耐用性、高效性以及可拓展性等4个重要指标。这些，将有待纳米技术的帮助！

　　现如今，能够高效地将水分解成氢气和氧气的光催化材料仍然主要限于氧化物半导体，其吸收约500nm波长的光，因此，涉及窄带隙材料是一个持续且重要的挑战。一些颗粒状非氧化物光催化剂（如（氧）氮化物和（氧）硫属元素化物）适用于可见光下的水分解，Z型系统也可以利用可见，其中Z型系统完全基于光吸收材料，光吸收波长大约为600 nm甚至更长。光解水除了光的波长外，对于光的照射强度对光解水的影响也十分大。光催化水分解反应在强光的照射下进行，必须考虑高浓度的光激发载流子，以及高的氢气和氧气生成速率的造成的不可预见的影响。因为在实际操作条件下，这可能引起电荷载体的准费米能级和质量传输行为的偏差，对光催化会有不利的影响。当然，为了使光催化剂产生的载流子（电子、空穴或激子）快速的分离，一般会设计合理的助催化剂与光催化剂结合，提高光催化效率。

　　大气中常见的光解水作用有两种，一种是：O3+hν→O2+O1Dλ<320nm，臭氧被光分解成了氧分子和一个处于激发态的氧原子O1D。这一氧原子会和空气中的水分子作用而生成氢氧根：O1D+H2O→2OH，这些氢氧根会氧化碳氢化合物，因而有如同清洁剂的效果。第二种是：NO2+hν→NO+O，这是对流层中的臭氧形成的主要化学作用。