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伴随着社会快速发展,一次性能源（煤、石油和天然气等）的枯竭和过度使用造成了严峻的能源危机和环境污染问题。为保证社会经济的可持续发展,发展清洁、可再生能源成为了全世界关注问题之一。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源,受到人们的关注。然而太阳能存在间歇不稳定性问题,限制了其应用。为解决此问题,人们提出光电化学储能技术,该技术结合了光催化和电化学技术,通过光电化学电池（PEC）将太阳能转化为化学能进行存储。全钒液流电池作为储能电池,因其阴阳极电解液均为钒离子,有效避免金属离子交叉污染,并且具有可重复利用、寿命长、容量大和安全等优点,受到学者们的研究。近年来,有学者结合光电化学技术和全钒液流电池的优势,提出了全钒液流光电化学电池（VPEC）,实现了光能与钒离子化学能之间的转化。传统VPEC多采用TiO2作为光催化剂制备光阳极,但该催化剂仍然存在禁带宽度较宽,电子空穴对复合严重等问题,降低了光电转换和太阳能利用效率。针对以上不足,本文从拓宽吸收光谱,抑制电子空穴对复合和增大反应表面积角度出发,首先制备了Ti2O3和自掺杂TiO2光阳极以拓宽光阳极的吸收光谱范围,然后制备TiO2纳米管阵列光阳极以提高光阳极的反应活性位点和强化电子传输抑制电子空穴对的复合,最后提出了自掺杂TiO2纳米管阵列光阳极在拓宽光阳极吸收光谱的同时强化电子传输抑制电子空穴对的复合,从而提高VPEC光能利用率和电池储能性能。主要研究成果如下:（1）具有全光谱响应Ti2O3颗粒光阳极的全钒液流光电化学电池利用商业Ti2O3颗粒,采用湿喷法制备光阳极。通过UV-vis和LSV表征发现,与传统P25 TiO2光阳极相比,Ti2O3光阳极几乎可以吸收太阳光的全光谱,具有极好的吸光特性,可以激发更多电子空穴对,故Ti2O3的光电化学活性高于传统P25TiO2光阳极。通过对具有Ti2O3光阳极的全钒液流光电化学电池进行光响应和长时间测试,表明其光响应特性良好,并且能够长时间稳定运行。研究了光强、钒离子浓度、电解液流速等参数对该电池性能的影响规律。结果表明,随着光强、钒离子浓度的增加和电解液流速的减少,光电化学反应速率提升,电池性能得到提高。但通过表征也发现Ti2O3颗粒粒径较大,呈不规则形状,催化剂与基底接触阻力大,导致电子传输阻力大、催化剂反应活性位点少等问题。（2）具有自掺杂TiO2纳米颗粒光阳极的全钒液流光电化学电池针对商业Ti2O3颗粒存在的问题,通过硼氢化钠还原法制备自掺杂TiO2纳米颗粒光阳极。该纳米颗粒结构不仅提高反应活性位点,而且降低了电子传输阻力,提高了光阳极导电性。通过SEM、UV-vis、EIS和LSV等方法对光阳极进行表征,发现还原后的TiO2催化剂颗粒粒径小,均匀分布在基底表面,对可见光具有更好的吸收效果,表现出更好的导电性和光电化学活性。通过对该光阳极的电池进行长时间性能测试表明该电池可在长时间下稳定性运行,与Ti2O3和P25 TiO2光阳极比,自掺杂TiO2纳米颗粒光阳极具有更高的光电流密度和钒离子转化率。研究了光强、钒离子浓度等参数对该电池性能的影响。结果发现,光强、钒离子浓度增加,电池的光电流密度和钒离子转化速率增大。（3）具有一维TiO2纳米管阵列光阳极的全钒液流光电化学电池以钛片为基底制备了一维高度有序TiO2纳米管阵列光阳极,增加了光催化剂反应活性位点的同时强化了光生载流子传输速率,抑制光生电子空穴的复合。通过SEM、EIS、LSV等方法表征了光阳极,结果表明TiO2纳米管垂直致密地分布在钛片表面,具有阻抗小,光电化学活性高等优点。通过组装电池并进行光响应和长时间测试,发现该电池光响应性能良好,并且可以长时间稳定运行。研究了光强、钒离子浓度、阳极氧化电压等参数对电池储能的影响规律。结果表明,随着光强、钒离子浓度和阳极氧化电压的增加,电池性能得到提升。（4）具有自掺杂TiO2纳米管阵列光阳极的全钒液流光电化学电池结合阳极氧化和硼氢化钠还原法,制备了自掺杂一维TiO2纳米管阵列光阳极。通过SEM、UV-vis、EIS和LSV等方法对该光阳极进行表征,发现该光阳极保留了TiO2纳米管阵列结构的同时,拓宽了催化剂的吸收光谱范围,提高了光能利用率,具有更高的导电性和光电化学活性。通过对具有该光阳极的电池进行长时间稳定性测试,发现该电池具有较好的稳定性,并且与TiO2纳米管阵列光阳极的电池相比,该电池具有更高的性能。通过研究光照强度和钒离子浓度的影响规律,发现具有该光阳极的电池的光电流密度和钒离子转化速率均随着二者的增加而增加。