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近年来,随着人口的快速增长和工业的快速发展,大量有机废物排入水体,造成了严重的水污染,不仅严重威胁着饮用水质量和人类健康,而且造成了废水中丰富的化学能的浪费。因此,有必要开发一种既能有效降解有机废物,又能将其化学能作为资源加以利用的技术。光催化燃料电池（Photocatalytic fuel cell,PFC）被认为是废水处理和同步发电的候选技术。光阳极不仅是PFC的关键部件,也是提高PFC性能的限制因素。TiO2因其高光催化活性和稳定性而被广泛用作光催化剂。然而,TiO2光催化剂只能响应紫外光（4-5%的阳光）。尽管TiO2与WO3复合一定程度上拓展了其光电性能,但是仍然存在电子-空穴对易复合等问题,使PFC性能的提高受到了抑制。本文提出了用半导体聚合物（g-C3N4、PPy和PDA）修饰WO3/TiO2制备高性能的PFC光阳极,促进光阳极内电子-空穴对的分离,进而提高PFC的光电性能和Rh B降解效率。具体的研究内容和结论如下:1.利用g-C3N4和WO3复合溶胶凝胶成功制备了g-C3N4/WO3/TiO2/Ti电极,优化得出其最佳制备条件:g-C3N4掺杂量为0.1 g、复合催化剂涂膜层数为3层,煅烧温度为550℃,煅烧时间为2 h。通过DRS、XRD、XPS、SEM等表征对光阳极进行元素分析、价态结构和表面形貌证明0.1-g-C3N4/WO3/TiO2/Ti电极成功制备并且具有最好的可见光响应。0.1-g-C3N4/WO3/TiO2/Ti光阳极与Cu阴极结合构建了0.1-G/W/Ti-PFC,探究得到其最佳水处理条件:Rh B初始浓度为10 mg/L,初始p H=3.0,Na2SO4浓度为0.1 mol/L。对PFC性能测试得到0.1-g/W/Ti-PFC的短路电流密度、开路电压、最大功率密度、填充因子和2 h Rh B降解效率分别为0.20 m A·cm-2、0.598 V、19.35μW·cm-2、0.161和87.7%。机理分析得到0.1-G/W/Ti-PFC高效性能的原因:g-C3N4/WO3/TiO2/Ti光阳极中形成了WO3-TiO2、g-C3N4-TiO2和g-C3N4-WO3多异质结结构,提高了载流子的迁移速率,减少了光生电子和空穴的复合。2.成功制备了PPy/WO3/TiO2/Ti电极,探究得到其最佳制备条件:PPy掺杂量为14%、涂膜层数为3层复合催化剂和3层TiO2膜,煅烧温度为150℃,电极最佳煅烧时间为2 h。通过XRD、XPS、LSV、FT-IR、DRS和SEM的光阳极表征结果表明PPy/WO3/TiO2/Ti的成功制备。DRS测试说明PPy/WO3的复合能够有效增强PPy/WO3/TiO2/Ti电极的可见光吸收。PPy-14%/WO3/TiO2/Ti光阳极与Cu阴极结合构建了P-14%/W/Ti-PFC,优化得到其最佳水处理条件:Rh B初始浓度为10 mg/L,初始p H=3.0,Na2SO4浓度为0.1 mol/L。经过优化得到P-14%/W/Ti-PFC的短路电流密度为0.25 m A·cm-2、最大功率密度为25.48μW·cm-2、开路电压为0.508 V、填充因子为0.201和2 h Rh B降解效率为88.5%。P-14%/W/Ti-PFC的可见光响应和重复性测试表明P-14%/W/Ti-PFC具有良好的可见光响应和重复使用性。自由基捕获实验表明h+、·OH和·O2-都参与了Rh B降解反应,但h+和·OH在Rh B降解过程中起主要作用。机理分析说明PPy-14%/WO3/TiO2复合催化剂形成的阶梯状异质结有利于将光生空穴和电子分别快速地转移到PPy的HOMO和WO3的导带上,从而抑制了光生电子-空穴对的复合,促进了PFC电化学性能和Rh B降解效率的提升。3.成功制备了PDA/WO3/TiO2/Ti电极,优化得到了其最佳制备条件:PDA掺杂量为11.5%、涂膜层数为2层复合催化剂和3层TiO2膜,煅烧温度为175℃,煅烧时间为2 h。XRD、XPS、SEM、FT-IR等表征证明PDA/WO3/TiO2/Ti电极成功制备。DRS测试证明PDA-11.5%/WO3/TiO2/Ti扩大了光阳极的光吸收范围。PDA-11.5%/WO3/TiO2/Ti光阳极与Cu阴极结合构建了PDA-11.5%/W/Ti-PFC,优化得到了其最佳PFC的水处理条件:Rh B初始浓度为10 mg/L,初始p H=3.0,Na2SO4浓度为0.1 mol/L。PDA-11.5%/W/Ti-PFC的短路电流密度为0.18 m A·cm-2、最大功率密度为18.68μW·cm-2、开路电压为0.520 V、填充因子为0.190和2 h Rh B降解效率为84.6%。PDA-11.5%/W/Ti-PFC同时具有良好的可见光响应和重复性。机理分析说明PDA的引入在光阳极中形成了阶梯状异质结,将光生空穴和电子分别快速转移到PDA的HOMO和WO3的导带,从而促进了光生电子-空穴对的分离,提高了PDA-11.5%/W/Ti-PFC的Rh B降解效率和发电性能。4.通过对0.1-G/W/Ti-PFC、PPy-14%/W/Ti-PFC和PDA-11.5%/W/Ti-PFC三种PFCs的主要电性能和Rh B降解效率的对比。得知PPy-14%/W/Ti-PFC具有最佳的电性能和Rh B降解效率,因此,PPy-14%/W/Ti-PFC为本文最佳的PFC体系。本文利用半导体聚合物和WO3共修饰TiO2,制备了高光催化活性的光阳极,并用于构建PFC对染料废水进行处理,提高了其电性能和Rh B降解效率,本文所提出的半导体聚合物修饰光阳极可以为高效PFC光阳极的设计提供参考。