光催化是一种利用光能催化反应的技术，在环境治理和污染物净化方面的研究已经取得了许多成果，并且正在迅速发展。半导体材料是光催化材料的主要组成部分，它们一般是半导体材料，利用受光激发产生的电子和空穴进行光催化过程。具体来说，光催化反应的过程包括以下几个步骤 :
1、催化剂吸收光子，光子的能量需要大于带隙值 Eg，电子才能从价带顶跃迁到导带底。
2、跃迁到导带上电子称为光生电子，留在价带内空穴称为光生空穴，光生电子-空穴对在催化剂内迁移。
3、部分光生电子-空穴在催化剂内部复合，部分光生-空穴对迁移到催化剂表面。
4、迁移到催化剂表面的电子和空穴分别与表面的吸附物质发生还原和氧化反应。
5、最终发生进一步的热反应和催化反应。
能带理论可以作为理论计算在光催化中的应用之一，用于分析半导体材料的能带结构中的色散关系，以分析载流子的有效质量。在光催化过程中，载流子受光激发后，最重要的影响因素是载流子的传输过程，而决定此传输过程的重要参数就是有效质量 m0。判断标准是有效质量越小，光催化性能越好。例如，单斜相 BiVO4 的载流子的有效质量为 0.3m0，In2O3 载流子的有效质量是15m0，则说明 BiVO4 这种催化剂有利于光生载流子的分离和传输。目前对于相同的催化剂，可以通过离子掺杂和寻找不同的晶面的方法得到较小的有效质量，从而可以显著提高半导体材料的光催化性能 .
除了能带理论之外，还有一些其他的研究方法和技术可以用于光催化中的应用，例如：
1、复合半导体光催化剂：由两种或者两种以上的材料在能带合适的前提下结合在一起而制各出来的光催化剂，复合的新材料既能有效调节单一材料的性能，又会产生出许多新的光化学、光物理方面的特性。这些复合半导体的光催化性能都高于单一半导体 .
2、表面光敏化：将光活性物质通过化学吸附或物理吸附于光催化剂表面，使激发态的电子转移到催化剂的导带上，从而激发光催化过程。