Hiện nay, con người đang đối mặt với các vấn đề môi trường nghiêm trọng như
ô nhiễm môi trường nước, ô nhiễm không khí, sự nóng lên của trái đất và sự thiếu hụt
năng lượng, nhiên liệu. Quang xúc tác là một trong những công nghệ mới được kỳ vọng
là tiềm năng trong việc giải quyết các vấn đề này. Quang xúc tác ứng dụng trong xử lý
nước, không khí, các chất ô nhiễm hữu cơ [1-3] thông qua các phản ứng oxy hóa khử
và cho phép biến đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học để tách
nước và sản xuất hydro, hoặc quang khử CO2 thành các chất hữu cơ và khí nhiên liệu có
ích [4, 5].
Chúng ta hiện đang sống trong nền kinh tế dựa vào cacbon như sử dụng nguồn
năng lượng hóa thạch, ngành công nghệ dược phẩm, công nghệ nhựa, chất dẻo Vì vậy,
việc giảm tác động của CO2 tích lũy do con người gây ra là một thách thức toàn cầu đòi
hỏi các giải pháp hiệu quả. Báo cáo tổng hợp của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí
hậu (IPCC), báo cáo đánh giá lần thứ năm (AR5) đã nêu bật những rủi ro liên quan do
tích lũy lượng phát thải CO2 do con người gây ra [6]. Để cắt giảm lượng khí thải CO2 và
giảm sự thiếu hụt năng lượng, xu hướng dịch chuyển cơ cấu năng lượng tạo ra một nguồn
năng lượng bền vững có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch đang ngày dần cạn kiệt đang
diễn ra ngày càng mạnh mẽ. Về nguyên tắc có thể dùng 3 giải pháp sau: (i) Khử trực tiếp
khí CO2 phát thải: dùng công nghệ tổng hợp Fisher-Tropsch. Hiệu suất của các quá trình
tạo nhiên liệu lỏng này không cao, và hầu hết các quá trình này hiện đang được cung cấp
bởi các nguồn năng lượng hóa thạch. (ii) Thu hồi và lưu trữ CO2 (Carbon Capture and
Storage-CCS): quy mô lớn, giá thành cao, CO2 có khả năng lưu giữ hàng trăm năm, đây
là công nghệ không kinh tế. (iii) Sử dụng CO2: sử dụng được CO2 từ CCS đồng thời tạo
ra nhiên liệu tái tạo sạch và bền vững sử dụng các nguồn năng lượng phi cacbon (như mặt
trời, gió, hay địa nhiệt) [7]. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ tiên tiến để sử
dụng hiệu quả năng lượng mặt trời nhằm quang khử CO2 thành các hợp chất hữu cơ có
ích, không gây hại và khí nhiên liệu dựa trên các chất bán dẫn quang xúc tác đã được các
nhà khoa học nỗ lực nghiên cứu trong nhiều thập kỷ qua. Một trong số các kết quả đáng
chú ý cho đến nay là có thể quang khử CO2 thành các nhiên liệu có ích như CH4, C2H5OH
dựa trên các vật liệu quang xúc tác.[8, 9]. Về lâu dài, quang hợp nhân tạo, chuyển đổi
quang CO2 tạo nhiên liệu sử dụng năng lượng mặt trời là con đường hấp dẫn nhất đối với
các nghiên cứu chuyển đổi CO2.