主要由半导体光催化剂和导体构成，是光电催化反应体系的核心。光电催化材料也叫光电极，用作阳极的光电催化材料被称为光阳极，用作阴极的光电催化材料被称为光阴极。通常情况下，光阳极由N型半导体构成，用于催化氧化反应；光阴极由P型半导体构成，用于催化还原反应。

在光电催化体系中，半导体光催化剂被能量大于其禁带宽度的光子激发后，电子从价带跃迁到导带，在导带上形成光生电子，在价带上形成光生空穴。通过在电极回路中施加偏压，使电子或空穴在电场的作用下迁移至外电路，抑制光生载流子复合，进而提高光电化学反应效率。光电催化反应是一种特殊的多相催化反应，它有望实现太阳能到化学能的高效转化。例如，利用太阳能进行产氢、产氧反应，二氧化碳的选择性还原反应等，而这些应用的实现都有赖于高效光电催化材料的开发。

光电催化材料通常需要具备三个条件：①材料应具有光催化活性，能够被光激发产生大量具有氧化还原活性的载流子是进行光电催化反应的前提条件。②材料应具有导电性，以实现载流子到外电路的高效传导。导电性一般由导电基体提供，常用的导电基体包括导电玻璃、钛板、钛网、铂片和镍网等。③材料表面应具有良好的反应活性，电极反应往往需要较高的过电位，对材料进行适当的表面处理和表面修饰可以改变电极的表面状态进而改善其反应活性。

在实验室研究中，一般采用溶胶-凝胶法结合涂层方法制备光电催化材料。研究较多的是二氧化钛基光阳极，特别是以导电玻璃为基体制成的二氧化钛基光阳极；此外，电泳沉积法、化学气相沉积、阳极氧化法和磁控溅射法等也被用于光电催化材料的制备。

光电催化材料存在的问题包括：光能转换效率较低、催化剂活性不够高、催化剂选择性不够好、催化剂寿命不够长等。因此开发高效、高选择性、廉价耐用的光电催化材料具有非常重要的实际意义。