随着人们环境保护意识的不断提升、对环境质量要求的日益提高,如何安全有效的处理污水将面临着新的挑战。利用太阳能的光催化技术（Photocatalysis,PC）具有高效、无二次污染的特点,是科研领域的研究热点。在一定波长的光照射下,半导体光催化材料会产生具有无选择性的氧化活性粒子（羟基自由基·OH、光生空穴h+和超氧自由基·O2-等）,通过这些活性粒子可将污水中的有机污染物矿化成CO2、H2O等无机小分子,从而达到净化污水的目的。光催化燃料电池（Photocatalytic Fuel Cell,PFC）具有PC和燃料电池（Fuel Cell,FC）的优点,不仅可以有效的降解污水中的有机污染物,同时可以利用太阳能将污水中的化学能转化为电能。此外PFC可循环使用的优点使其具有广泛的应用前景。在此基础上,本文探究了新型高效的光催化材料、光电极（光电极是PFC最重要的组成部分）以及PFC的组装方式等对PFC性能的影响:1、采用两步溶剂热法成功制备了具有核壳结构的Bi2O3@Ti O2复合材料。对Bi2O3@Ti O2进行相应的表征,证明复合催化剂具有核壳结构。对比Ti O2复合催化剂,Bi2O3@Ti O2具有更低的光生电子-空穴对（e--h+）复合速率、更高的可见光利用率。同时通过罗丹明B（Rhodamine B,Rh B）的光催化降解实验,研究了不同保温时间、加热温度等制备工艺对Bi2O3@Ti O2光催化性能的影响。并通过活性粒子捕获实验,发现h+和·OH在Bi2O3@Ti O2光催化降解有机物的过程中起主要作用。2、通过溶剂热法合成了具有纳米花状结构的Ti O2-Bi OI复合催化剂。使用FESEM、HRTEM、EDS、XRD等表征手段对复合催化剂进行表征,结果证明Ti O2与Bi OI耦合将具有更低的e--h+复合速率。通过对Rh B、甲基橙（Methyl Orange,MO）、四环素（Tetracyline,TC）等不同有机物进行降解,结果表明:与Bi OI和Ti O2相比,具有异质结构的Ti O2-Bi OI在可见光照射下表现出更高的光催化活性,其Rh B光催化降解常数是Bi OI的5倍。进一步研究了Ti O2-Bi OI异质结构的光催化机理,发现在其光催化降解有机物的过程中,起主要作用的活性粒子是h+和·O2-。3、为解决粉末光催化剂难以回收、实际应用性不足等缺点,本文以掺氟氧化锡薄膜（FTO）为基底,采用流延法成功制备了Bi2O3@Ti O2薄膜电极。并以Pt为光阴极、Bi2O3@Ti O2薄膜电极为光阳极,以导线连接阴阳两极,将其组装成平面光催化燃料电池（Planar-Photocatalytic Cell,p-PFC）。研究了不同金属阴极、不同电池结构以及有机底物浓度对p-PFC光催化性能的影响。对比光电催化（Photoelectrocatalysis,PEC）的Rh B降解实验,p-PFC在120 min内的降解率为77.7%,达到施加了1.6 V偏压的PEC降解率的93.2%。最后采用活性粒子捕获实验探究了p-PFC降解Rh B的主要机理,结果表明:在p-PFC体系降解Rh B的过程中,起主要作用的活性粒子是h+和·OH。这与粉末Bi2O3@Ti O2的活性粒子捕获实验结论相同,表明在p-PFC体系中起主要作用的是光阳极中的半导体光催化材料。4、贵金属Pt电极价格高昂,平面结构的PFC稳定性有待提升,为了进一步提升PFC的应用性,本文选取了Ti O2-Bi OI复合催化剂作为光阴极材料来替换传统的Pt电极。采用流延法成功制备了Ti O2-Bi OI薄膜电极,将两电极以背靠背的形式组装成双极光催化燃料电池（Binary-Photocatalytic Fuel Cell,b-PFC）。在相同条件下进行光催化降解Rh B的实验,实验结果表明b-PFC具有更快的R降解速率,是Bi2O3@Ti O2/Pt PFC的1.15倍。