本发明属于羰基化合物加氢领域，具体涉及一种羰基化合物催化加氢装置及其应用。为解决羰基化合物催化加氢反应的油水混合体系中，存在羰基化合物分子与H自由基接触困难、光催化产生的H自由基速率难以调控的问题，提供了一种含有光电催化复合膜的装置，能够以水为氢源，实现光电催化产氢与原位羰基化合物催化加氢反应的连串反应装置。装置包括光电催化复合膜、由光电催化复合膜分割成的阳极室和阴极室、阳极和阴极。以光电催化复合膜作为阳极室和阴极室的隔膜，阳极室加入电解质水溶液，阴极室加入羰基化合物有机溶液，在氙灯光照和外加电压下，进行光电催化羰基化合物加氢反应。