光触媒（以TiO₂为代表）的催化作用源于其半导体能带结构。当TiO₂受到能量大于其禁带宽度（3.2eV）的光照（波长≤387nm的紫外光）时，价带电子跃迁至导带，产生电子（e⁻）-空穴（h⁺）对。电子-空穴对在皮秒级（10⁻¹²s）时间内形成，其中一部分在纳秒级重新复合（复合率约90%），剩余部分迁移至催化剂表面参与氧化还原反应。空穴（h⁺）具有强氧化性（+2.53V vs NHE），可氧化水分子生成羟基自由基·OH（氧化电位+2.80V）；电子（e⁻）还原氧分子生成超氧自由基·O₂⁻。这些活性氧物种是分解甲醛的真正作用物质。
