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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0.01 mol 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2V时，光电流密度达到0.66 mAcm-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20mg 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。