工业化和城市的快速发展伴随着一系列的环境问题。其中,室内以甲醛（HCHO）为代表的挥发性有机物（VOCs）和室外以二氧化碳（CO₂）为代表的温室气体,已经威胁到了人们的生命健康,甚至对全人类的生存造成影响。基于光催化技术的光催化燃料电池（PFC）系统,利用清洁的太阳能可以同时进行阳极降解HCHO等有机物气体和阴极还原CO₂为可持续利用的化石能源,实现对室内外环境问题的有效解决。然而,PFC系统在该方向的应用仍面临反应底物传质较差、光生载流子复合率高、CO₂排放量大等问题。基于上述问题,本文构建了转盘式PFC系统,通过电极旋转形成的液膜强化了气态底物在催化剂表面的吸附和传质,并通过CO₂气体的自循环提高了阳极光生载流子的分离效率,实现了高效的污染物处理和化石燃料的产出,同时解决了污水处理时CO₂排放量大的问题。主要研究工作包括:（1）通过电极表面的液膜强化气态HCHO的吸附降解,构建了转盘式TiO₂/铂电极PFC体系。实验结果表明:转盘电极的应用使该系统对气态HCHO的吸附效率比传统的气相降解系统提高了17.8倍（94%）,相应的,转盘PFC系统对气态HCHO的降解效率提高了2.6倍（达到82%）;通过实验环境湿度的控制实验,表明该系统对环境湿度没有选择性;通过自由基捕获实验,进一步阐明了光催化降解气态HCHO的机理;此外,对该系统的产电性能和稳定性进行了研究。基于系统原理,设计出一款新型液膜式空气净化器,并取得良好的试验结果。（2）采用液膜强化CO₂气体在液相和催化剂表面的传质,构建了薄膜式旋转圆盘PFC体系,实现CO₂的高效还原。实验结果表明:相比传统鼓泡式反应体系,薄膜式PFC体系可以在相同的时间内使液相内CO₂的浓度达到饱和(0.035 mmol L^-1),而薄膜式PFC的CO₂还原效率达到传统鼓泡式的2.7倍(7.6μmol g^-11 h^-1),其主要原因归结于液膜的存在强化了CO₂的传质效率,并通过数值计算验证了该结论。（3）将阳极降解污染物产生的废气（CO₂）引入阴极反应,构建CO₂自循环PFC体系,来增强光生载流子的分离效率,从而实现PFC系统对污水中污染物的高效降解,并为传统污水处理过程中CO₂排放问题提供了解决方案。实验结果表明:自循环PFC体系的污染物降解效率相较于单纯的光催化剂增加了40.3%;同时,产电性能分析和气相色谱分析表明自循环PFC体系还能输出28.5μW cm^-2的电能和6.7μmol g^-11 h^-1的气态C1燃料;而通过同位素示踪试验表明,产出的化学燃料中的碳来自于阳极的有机污染物。此外,还通过不同的污染物底物实验证明了该系统的广泛适用性。