光催化燃料电池（PFC）是一种能处理难降解污染并协同产能的新型的高级氧化技术。开发高效PFC系统最直接有效的方式就是增强光阳极的光电化学性能。本文选取响应可见光的BiOBr和强化学稳定性的TiO2作为基底材料,但其存在光生载流子分离效率低、电化学性能弱等缺点。新型二维材料中类石墨烯结构的二维g-C3N4和层状结构的二维Mo S2具有吸收可见光特性和优异的电化学性能。采取二维材料修饰的方式制备了三种复合光阳极（g-C3N4/BiOBr、g-C3N4/TiO2、Mo S2/TiO2）以克服基底材料的缺陷。并将复合光阳极用于PFC体系中,对PFC的产电性能进行了探究。本文的研究内容及主要结果如下:（1）通过采用具有较大比表面积的二维g-C3N4对BiOBr进行修饰,增强纯BiOBr的光生载流子分离效率,实现对光电催化性能的提升。FTIR和XRD的表征结果证明二维g-C3N4和四方相BiOBr稳定存在。通过理论与计算分析发现所合成复合光阳极中g-C3N4和BiOBr之间存在Ⅱ型异质结构。经过二维g-C3N4改性后,复合光阳极光电催化性能明显增强。线性扫描伏安曲线（LSV）结果显示,CNBOB-2复合光阳极的光电流密度是纯BiOBr的18倍,高达1.3m A/cm~2;电化学阻抗（EIS）分析和莫特肖特基（M-S）结果表明经过修饰的复合材料具有优异的光生载流子分离效率。构建CNBOB-PtPFC并对其协同作用性能进行探究。当反应底物为浓度是50 ppm、pH 11的罗丹明B（RhB）时,PFC具有最高效的产电能力,其短路电流(Jsc)、开路电压(Voc)和功率密度(Pmax)值分别可达0.066 m A/cm~2、0.80 V和0.014 m W/cm~2。（2）使用具有可见光响应和类石墨烯结构的二维g-C3N4对TiO2带隙宽和不可吸收可见光进行的缺陷进行改善。FTIR和XRD表征发现,复合光阳极中二维g-C3N4和锐钛矿相TiO2稳定存在。UV vis DRS吸光度的测试中发现,复合光阳极最大吸光波长范围增大,对可见光的吸收能力增强。根据价带导带的理论,通过计算发现g-C3N4和TiO2之间形成Ⅱ型异质结。经过二维g-C3N4的修饰后,g-C3N4/TiO2复合光阳极中异质结的存在使其在光电化学测试（LSV、EIS、M-S）中表现出良好的光电化学性能。光电流密度增高达到1.7 m A/cm~2,迁移电阻从11031Ω降低至509Ω,平带电位从0.3负移至-0.4 e V。不同配比g-C3N4/TiO2的复合光阳极中,CNT-2具有最优的光电化学性能。将其与Pt电极组成CNT-PtPFC,对不同种类污染物、梯度浓度、梯度pH的反应底物进行了探究,发现以浓度为10 ppm、pH为7的苯酚作为反应底物时具有最高的产电能力,Jsc、Voc和Pmax分别为0.27 m A/cm~2、0.70 V和0.081 m W/cm~2。（3）为克服TiO2无法吸收可见光、带隙宽以及光生载流子复合速率快的缺陷,设计并制备了一种纳米Mo S2/TiO2复合光阳极材料,同时制备了以泡沫镍为基底的Mo S2/Ni foam阴极组成一种新型光催化燃料电池（PFC）。在TiO2表面负载二维Mo S2后,通过表征证明该材料具备Ⅱ型异质结构,光电化学性能显著增强,表现为:光吸收范围拓宽且带隙减小、光电流密度增大、迁移电阻降低。其中光电流密度的改善表现最明显为TiO2的2.76倍高达3.45 m A/cm~2。由此证明,二维Mo S2的修饰获得的异质结使光生载流子的迁移速率加快、分离效率增强。MT-MN PFC的电池性能测试中,发现该PFC在以20 ppm苯酚为反应底物时具有最高的短路电流Jsc、Voc和Pmax值分别为1.04 m A/cm~2、0.7 V和0.114 m W/cm~2。产电性能明显高于其他已报道的TiO2为光阳极或基底的PFC。同时所制备的PFC系统具有良好的有机废水处理能力,光照4h后RhB的去除率为69.16%。PFC降解RhB的过程中生成光生空穴（h+）、羟基自由基（·OH）、超氧自由基（·O2-）和过氧化氢（H2O2）协同去除RhB。