阳光、空气、水为生命的三要素。面对被污染的环境，利用阳光净化被污染的空气和水，无疑是一种理想的途径。光催化材料正是在光的激发下，产生具有极强氧化能力的空穴/自由基或强还原性的电子，能将几乎所有的有机物氧化成CO2 和H2O 或将水分解获得氢气氧气，在环境净化和清洁能源等领域具有独特的优势和发展的潜力。但是，光的能量密度低。如何提升光催化材料对光能的利用率、实现光能的高效转化，是光催化研究面临的难点之一。通过光催化材料化学组分的设计，从能带工程的角度出发，借助掺杂、固溶、复合等方式，拓宽光催化材料对光谱的响应波段，提高对光能的利用，从而提升光催化效率；此外，光生载流子在晶粒内部容易再度复合，不能迁移到表面产生催化作用。通过内建电场、助催化剂的筛选、异质结的构建等方式，结合晶粒的形貌、尺寸、表面缺陷等途径，进一步促进光生载流子的迁移，从而提升载流子的分离效率。在此基础上，进一步加强对光催化机制的揭示、认识和理解，从而获得高性能的光催化材料。以铋基、铈基光催化材料为例，从微结构控制的角度入手，结合电子结构和晶体结构调控，实现了从紫外光到红外光波段光能的利用，结合表面缺陷调控和分子氧、晶格氧、表面氧的活化，实现了光生载流子的高效迁移和分离，获得了高效的光催化材料，在污染物的降解、光解水制氢制氧和二氧化碳的转换等方面展现出优秀的性能；并对内在的光催化机制进行探索，以期为光催化环境净化和清洁能源方面的研究获得启发。