环境污染和能源危机是当今世界面临的两大严峻挑战,废水污染被认为是主要的环境污染之一。然而,废水的处理技术受到成本和能源的限制。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）作为一种可再生、成本低和清洁环保的废水处理和产能技术,最大的优势是在处理废水的同时可以产生电能。但MFC发展和应用受到较高的阴极过电位,较慢的污染物降解速率和较低功率输出的限制。其中,较高的阴极过电位是主要限制因素。因此,需要引入阴极催化剂来降低阴极反应过电位,提升MFC性能。本研究通过对Ti3C2（MXene）进行改性制备出Ni/MXene催化材料,将Ni/MXene作为MFC的阴极材料与外部光源结合来构建光催化耦合微生物燃料电池（Photo-MFC）,对Photo-MFC的产电性能和氯霉素降解效率及机理进行研究。具体实验内容及结果如下所示:1.通过SEM和TEM表征手段发现制备的Ni/MXene催化剂由少层超薄的Ti3C2纳米片组成,呈现二维层状结构。与MXene相比,分层效果更好,纳米片厚度更薄。Ni/MXene中C、O、Ti和Ni四种元素的质量百分比为13.31%、20.53%、61.61%和5.00%。XPS证实Ni/MXene中的Ni元素主要以不饱和态的Ni2+和Ni3+的形式存在,这些未饱和的Ni可能是与MXene上的钛缺陷或碳空位结合形成的。MXene和Ni/MXene在400-700 nm的可见光范围内表现出强烈的吸光性,Ni/MXene的光生载流子的分离效率比MXene高。N2吸附-脱附方法证明Ni/MXene属于高比表面积的介孔材料。2.以空气中的氧为电子受体的Photo-MFC及其光电极的电化学性能研究表明,Ni/MXene催化材料具有良好的氧还原性能,光照能提升其电化学性能。Ni/MXene光电极的电化学性能要优于MXene光电极和碳布电极。Ni/MXene最佳负载量为1 mg/cm~2,Ni/MXene阴极Photo-MFC（Photo-MFC1）的输出电压随着负载量的增加呈现先上升后下降的趋势。当阴极电解液的p H偏中性时,有利Photo-MFC1产电性能的提升。与黑暗情况相比,光照能明显提升Photo-MFC1的产电性能,在光照下电压提升了21.84 m V、最大功率密度提升了100.67m W/m~2、内阻降低了29.41%。并且Photo-MFC1的产电性能要优于MXene阴极Photo-MFC（Photo-MFC2）和MFC。此外,光照能促进Photo-MFC阳极有机底物的氧化分解。3.在无氧的含氯霉素的电解液中,光照能提升Ni/MXene的电化学性能,并且Ni/MXene光电极的电化学性能要优于MXene光电极和碳毡电极。Ni/MXene在光照下产生的光电流最大,为0.372 A/m~2,碳毡电极几乎没有光电流产生。光照能明显提升Photo-MFC1的产电性能,Photo-MFC1在可见光下的最大功率密度是黑暗情况下的1.76倍,内阻比黑暗情况下降低了72.49Ω。Photo-MFC1的产电性能要优于Photo-MFC2和MFC,Photo-MFC1的平均输出电压是MFC的1.26倍。在可见光下,Photo-MFC1的最大功率密度是MFC的1.95倍。Photo-MFC1系统在光照闭路的情况下的氯霉素降解率最大。Photo-MFC1的氯霉素降解效率高于Photo-MFC2和MFC,运行36 h后的降解效率为71.29%。氯霉素降解率随着起始浓度的增加而下降;当p H为2时,降解效率最高,可以达到82.62%。循环实验证明Ni/MXene催化材料的稳定性良好。4.脱氯实验证明Photo-MFC1的脱氯效率要高于MFC。根据中间产物推测Photo-MFC1中氯霉素及其中间产物的降解是通过电子的还原和·OH的氧化来实现的。主要包括加氢脱氯反应,硝基还原反应、羟基化反应、羰基化反应、C-N键的裂解和苯环的开环反应。