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工业化和城市的快速发展伴随着大量的资源与环境问题。光催化燃料电池将光催化、光电催化、燃料电池等技术结合,实现由光能到化学能再到电能的多次转换。光催化燃料电池在降解污水的同时同步产生电能,整个过程仅以光能作为驱动力,在当下水资源短缺和能源危机的大背景下,具有广阔的应用前景。阳极材料是影响光催化燃料电池性能的关键因素,因此合成在可见光下响应的高活性光阳极材料具有重要意义。在不同的电解液中,分别用一次和二次阳极氧化法制备不同形貌的TiO2纳米管阵列,通过一系列的表征分析发现,以乙二醇为电解液用二次阳极氧化法制备得到的TiO2纳米管阵列排列高度有序、具有独特的六边形网状结构,其纳米管管径为100120nm,管壁厚度约为5nm,管密度可达1.2×109个/cm2,是一种良好的光催化剂,可用于光催化燃料电池的阳极材料,并可以作为基底材料合成复合纳米阵列材料。以TiO2纳米管阵列为基底,用水热法合成TiO2-半导体复合纳米阵列（TiO2@MoS2和TiO2@MoO3）,通过扫描电镜、X射线衍射仪等仪器探究其晶体结构和化学键价态。对其电化学性能的分析及对实际纤维废水的降解和产电性能测试表明,与TiO2纳米管阵列相比,与半导体复合后的TiO2@MoS2和TiO2@MoO3性能均有较大改善,其中TiO2@MoS2复合材料的产电性能和水处理能力更优。利用磁控溅射技术,制备合成三种TiO2-金属复合纳米阵列,并通过控制溅射时间优化实验条件,将其用作光催化燃料电池的阳极材料研究其产电性能。选用的金属靶材为铜、镍和银,溅射时间分别控制在10s、30s和60s。实验结果表明,溅射时间对其形貌和性能产生影响,Ni和Cu在溅射时间30s时性能最优,Ag在溅射10s时即可达到最优性能。Ag/TiO2复合纳米阵列用作阳极材料构成的光催化燃料电池体系在可见光下的最大输出电压可达400mV,在2小时内对纤维废水中COD的降解率为94%。综上所述,用半导体和金属能对TiO2纳米管阵列进行改性,TiO2-半导体和TiO2-金属复合纳米阵列均可作为光催化燃料电池的阳极材料,在可见光驱动的情况下表现较好的产电性能和COD降解能力,为光催化燃料电池的工业化和扩大化提供了可能。