La fotocatálisis combinada con tecnología de membranas podría ofrecer un enorme potencial para la generación de energía de manera renovable y sostenible. En este documento, describimos la evolución de hidrógeno y oxígeno en un solo paso a través de un reactor de membrana fotocatalítica. Se llevaron a cabo pruebas experimentales mediante una celda de dos compartimentos en la que una membrana Nafion modificada separaba las semi-celdas de evolución de oxígeno e hidrógeno, mientras que los iones de hierro que permeaban a través de la membrana actuaban como un mediador redox. Se emplearon fotocatalizadores en suspensión de Au/TiO y Au/CeO para la generación de hidrógeno y oxígeno, respectivamente. Se investigó la influencia de la concentración inicial de iones Fe, que variaba de 5 a 20 mM, y los mejores resultados en términos de evolución de hidrógeno y oxígeno se registraron trabajando con 5 mM de Fe. El efecto positivo del oro en la división del agua en general se confirmó al comparar los resultados fotocatalíticos obtenidos con la titania y ceria modificadas/no modificadas. La carga de Au desempeñó un papel clave en el control de la actividad fotocatalítica, y el porcentaje óptimo para la generación de hidrógeno y oxígeno fue del 0.25% en peso. Bajo irradiación con luz visible, se produjeron hidrógeno y oxígeno en cantidades estequiométricas. Se encontró que el papel crucial del par Fe/Fe y de la membrana en el rendimiento del sistema fotocatalítico en general.