光催化半导体能带设计要考虑两个相互制约的因素：（1）宽带隙半导体化学驱动势大，但吸光范围小；（2）窄带隙半导体化学驱动势小，但吸光范围大。实验中通常会对宽带隙半导体进行掺杂改性，提高其吸光范围，然而这样的处理会产生额外的带间能级，影响光催化反应。我们发展了一种能够系统表征半导体纳米材料中间能级的光学方法，即带隙能量激发能量扫描 - 时间分辨中红外光生载流子探测谱， 时间分辨范围分别覆盖飞秒 - 纳秒；纳秒- 毫秒。利用该方法，表征了一系列光催化半导体材料。如应用纳秒时间分辨带隙激发能量扫描 - 时间分辨中红外光谱研究了金红石 TiO₂ ，锐钛矿 TiO₂ 和硼掺杂锐钛矿 TiO₂ 的带间缺陷态能级分布，阐释了 TiO₂ 带间缺陷态对全光解水反应的影响。

应用飞秒时间分辨带隙激发能量扫描 - 时间分辨中红外光谱研究了 ZnO 微晶和 CdS 微晶的带间缺陷态，并在 ZnO 微晶中观测到了由电 - 声耦合形成的自限极化子；在 CdS 中微晶中分别观测到自限极化子和空穴极化子。