TiO₂纳米管阵列作为高效的光催化剂,因其特殊的表面结构被用于光催化和光电催化的领域。利用TiO₂纳米管阵列光催化和光电催化可以除去重金属和难降解的污染物,并且不易造成二次污染,因此成为广大学者的研究热点。本文利用阳极氧化法制备了形貌高度有序的TiO₂纳米管阵列,通过对水基体系和乙二醇有机体系下制备的TiO₂纳米管阵列进行比较,发现有机体系下生长的TiO₂纳米管阵列具有更好的光电性能和光催化活性。在有机体系制备的TiO₂纳米管阵列的基础上,利用光还原法在TiO₂纳米管阵列表面负载了Cu颗粒,当CuSO₄溶液的浓度为0.01mol L^-1时,具有最佳负载量,Cu/TiO₂纳米管阵列的光电性能最佳,在偏压为2 V时,光电流密度达到0.66 m A cm^-2,是未修饰TiO₂纳米管阵列的1.7倍,最大光转化效率为7.42%。在pH=2.5,Cr（Ⅵ）的初始浓度为20 mg L^-1时,还原时间为40 min,Cr（Ⅵ）的光催化还原效果最好,去除率达到78%。采用阴极电沉积的方法制备了Ni/TiO₂纳米管阵列样品,最佳制备条件为沉积电位为-1.5 V,沉积时间为60 s,NiSO₄浓度为0.05 mol L^-1。此条件下制备的Ni/TiO₂纳米管阵列光电流密度达到1.04 mA cm^-2,是未修饰的2.7倍,最大光转化效率为13.05%。在pH=2.5,Cr（Ⅵ）的初始浓度为20 mg L^-1时,在电催化、直接光解、光催化以及光电催化的反应过程中,光电催化过程中Cr（Ⅵ）的去除率最高,达到58.3%,并且高于电催化和光催化的总和,说明发生了光电协同效应。最后利用Ni/TiO₂纳米管阵列样品作为光阳极,Pt电极作为阴极,建立了光催化燃料电池（PFC）,并对Cr（Ⅵ）进行催化还原,初始pH值为2.56时,Cr（Ⅵ）的去除率为47.1%,说明PFC可以对光生电子和空穴进行有效分离。