光解水原理主要涉及半 導 體材料在光 輻射下的 電子 躍 遷和 電荷分 離 過程。具 體 來 說， 當半 導 體材料吸收的光子能量大 於或相 當 於其禁 頻寬度 時， 價 帶上的 電子 會被激 發 躍 遷至 導 帶，同 時在 價 帶上留下空穴。 這 樣， 電子和空穴 發生分 離， 並分 別在半 導 體的不同位置 參 與水的 還原或氧化反 應，最 終 將水分解成 氫 氣和氧 氣。
以TiO2 為例，它是一 種N型半 導 體材料，具有特定的能 帶 結 構。 當TiO2吸收波 長小 於或 等於387.5nm的光子 後， 價 帶上的 電子 會被激 發 躍 遷至 導 帶，同 時在 價 帶上 產生空穴。 這些光生 電子和空穴在 電 場作用下分 離 並 遷移到粒子表面，其中光生空穴具有 強氧化性，可以 將吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基。
光解水的 過程可以通 過不同的途 徑 實 現， 包括光化 學 電池（PEC）、光助 絡合催化、半 導 體光催化等。在 這些方法中，半 導 體光催化是最 為常 見的一 種，它通 過半 導 體材料吸收光子 後形成的 電子-空穴 對 進行 電荷分 離， 並在表面 進行化 學反 應， 從而析出 氫 氣和氧 氣。
總 結 來 說，光解水原理涉及半 導 體材料在光照下 產生 電子-空穴 對， 這些 載流子在 電 場作用下分 離 並 遷移到表面， 參 與水的 還原或氧化反 應，最 終 實 現水的分解。