光催化氧化还原法是最近十几年来发展起来的一种高效的节能型干法处理工艺，尚处于实验室研究阶段，是一种新兴的颇有发展前途的技术。其原理是基于光的照射下，光敏半导体上的价带电子发生跃迁，激发产生电子-空穴对，价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，一般与表面吸附的H₂O和O₂反应生成具有强氧化性的羟基自由基，它们可以与吸附于表面的氧、硫等发生作用，实现同时脱硫脱硝。常用的半导体催化有TiO₂（在波长等于或小于380nm时，能被激发活化），已有研究表明TiO₂同时脱硫脱硝是可行的，纳米TiO₂光催化作用下的脱硫脱硝已成为一种可能的发展途径。李定邦等利用光催化氧化法进行催化降解NO_x和SO₂的实验表明，当进口浓度为10～35mg/m³时，它们的去除率分别达到80%以上。四川大学辉永庆等利用TiO₂光催化剂薄膜实现了对NO_x和SO₂的分别降解，其催化降解率在90%和95%以上。赵毅等通过在活性炭纤维（ACF）上负载锐钛矿型二氧化钛和混晶型二氧化钛，制备了可用于烟气同时脱硫脱硝的光催化剂。结果表明：TiO₂/ACF₂光催化剂的催化活性较高，在最佳试验条件下，TiO₂/ACF₂光催化剂脱除NO和SO₂的效率可分别达到49.6%和97.5%。

目前，对光催化脱硝的反应机理主要有光催化氧化反应和光催化还原反应两种解释。前者认为利用TiO₂光照激发产生空穴的氧化性和电子的还原性对吸附于催化剂表面的污染物进行光降解，发生了光催化氧化反应。后者认为TiO₂光催化脱除NO反应的产物主要为N₂、N₂O等，发生的是还原反应。赵莉等利用自制负载型纳米二氧化钛光催化剂，对NO光催化氧化的条件进行了研究，认为光催化脱硝机理是基于光催化氧化的原理。