将光催化剂的粒子纳米化，从理论上将产生如下的四个效应，可以有效提高量子产率，利于光催化反应12。a. 能级移动由量子效应引起的导带电子和价带空穴的能级移动，使光催化剂的还原性和氧化性增大，使得不被普通微米级粒子还原的分子可被超微粒子还原。这个效应可认为与电极反应中电压增大的效果类似。这是因为超微粒子的电子俘获能级在导带附近上升，并且这种能级的的移动伴随着吸收光谱向短波方向移动。因而如果想用太阳光中的可见光为光源，必须使用能隙比较窄的半导体材料。b. 光激发位置趋于表面半导体的粒径变小，光激发产生的电子-空穴对能很快到达催化剂表面。由于反应是在表面进行的，可以使更多的光生电子和空穴被氧化剂或还原剂吸收，有效减少电子和空穴的复合，因而氧化或还原的速率就会增加。c. 电荷分离的空间变小半导体光催化剂内部会产生空间电荷层，这种电势梯度避免了光激发的电子-空穴对的复合。然而，电子-空穴对在狭小的空间产生，复合的几率也会增加。由于表面的氧化-还原反应与复合反应竞争，粒径的减小也可能引起反应速率的降低。d. 表面积增大对于所有的催化剂，超微粒子化将使表面积增大，从
