水污染问题已经成为当前环境治理的重点。而当前应用的污水处理方法均有耗能高、二次污染等诸多问题,且难以将废水中的化学能加以利用,造成了资源浪费。因此,开发高效的污染物降解方法并达到废水资源化的目的是应对时下的环境污染和能源短缺问题的重要途径。本文设计合成了具有可见光响应的光阳极和光阴极,且依据费米能级相匹配原理,组装光催化燃料电池体系。首先采用阳极氧化法制备出具有纳米管阵列（TiO₂ NT）结构的二氧化钛,在此基础上,电沉积可见光响应的窄禁带n型半导体BiVO₄作为光阳极;电沉积可见光响应的p型半导体Cu₂O作为光阴极,成功构建了BiVO₄/TiO₂NT-Cu₂O/TiO₂ NT双电极光催化燃料电池体系。不仅可以有效降解有机物,还可以利用污染物中的潜在的化学能。具体研究结果如下:BiVO₄/TiO₂ NT光阳极和Cu₂O/TiO₂ NT光阴极的制备均以纳米三维阵列结构的TiO₂ NT为基底,通过电沉积方法分别将BiVO₄和Cu₂O负载其上。调控沉积实验中沉积偏压和沉积时间,制备出不同比例的BiVO₄/TiO₂ NT以及Cu₂O/TiO₂ NT材料。通过SEM、XRD、XPS、UV-vis DRS等手段对光电极材料的形貌结构、元素组成和光吸收等进行表征;通过光电流密度、开路电势、交流阻抗、莫特-肖特基曲线等测试方法对光电极的光电性能进行评价,最终获得具有最佳光电响应的光阳极和光阴极材料。构建BiVO₄/TiO₂ NT-Cu₂O/TiO₂ NT双电极光催化燃料电池。在模拟太阳光照射及外接1Ω电阻条件下,以苯酚类化合物对氯苯酚（4-CP）、抗生素诺氟沙星（NOR）及盐酸四环素（TCH）为目标污染物,同时向溶液中加入0.1 mol/L Na₂SO₄增加溶液导电性,以此体系进行光催化降解及产电研究。结果表明其降解4-CP的反应动力学常数分别是BiVO₄/TiO₂ NT-Pt单电极PFC和Pt-Cu₂O/TiO₂ NT单电极PFC的1.21倍和2.26倍;降解NOR的动力学常数是两种单电极PFC的1.72倍和1.40倍;降解TCH的动力学常数是两种单电极PFC的1.04倍和2.57倍。同时对光催化燃料电池体系在三种污染物中的极化曲线测试,在三种污染物中双极PFC的P_max分别为BiVO₄/TiO₂ NT单电极PFC的1.23倍、1.49倍、1.68倍;为Cu₂O/TiO₂ NT单电极PFC的3.56倍、5.57倍、6.66倍。通过对盐酸四环素的多次降解实验证明本研究设计的双极光催化燃料电池有较好的稳定性。分析原因:该体系在氙灯光源（波长:420-800 nm）照射下,由于光电极之间存在费米能级差,使得光阳极的光生电子可以自发由外电路转移到光阴极上,这样就在外电路形成电流的同时,有效抑制光电极上的光激发电子与自身空穴发生复合。而阳极空穴和阴极电子可以直接降解污染物。这为处理水污染的同时回收能源提供一种新的解决思路。