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在光生载流子（电子-空穴对）中，光生空穴有着强的氧化能力，可将溶中的H2O和OH-氧化为•OH（羟基自由基）[3]，其反应式可写做：
h+ + OH- → •OH
h+ + H2O →•OH+H+
羟基自由基具有极强氧化性以及高活性，是光催化体系中的主要活性中心，且在氧化反应过程中一般不存在中间产物。
光生电子则是还原能力较强，可使水中的氢离子H+被还原。此外，吸附在半导体表面的溶解氧也可俘获光生电子，从而生成超氧离子自由基O2•-，是•OH的来源之一[3]，反应式为：
e- + O2 → O2•-
O2•- + H2O →•OOH + OH-
•OOH + e- + H2O→ H2O2 + OH-
2•OOH →O2 + H2O2
H2O2 + e- →•OH + OH-
3）光生载流子复合。当电子和空穴分离时，各自进行氧化或还原作用，光催化剂才起作用。但是分离的空穴和电子寿命很短，当它们靠近时，因为有静电作用相互吸引，所以会发生复合，复合可能发生在半导体的内部，也可能发生在半导体的表面。这个过程伴随着有能量以热辐射的方式释放。过程可表示简化为：
e-+h→辐射能
复合之后的电子和空穴就失去了氧化还原能力，换言之光催化剂失效了，所以在实验过程中可以采取掺杂等方法尽量避免空穴和电子的复合，以此提高光催化剂的性能。