环境污染和能源危机已经成为可持续发展所面临的两大难题。在环境污染中,水体污染历来受到各国人民的重点关注,但同时废水中又蕴含着丰富的化学能。因此,寻求一种清洁高效且能实现能源再利用的废水处理技术显得尤为重要。光催化燃料电池技术就是这样一种废水处理技术,它利用太阳能将废水中的有机物通过光电化学反应进行降解,把其化学能转化为电能,同时也能达到降解废水的作用。因此光催化燃料电池不仅能够解决水体污染问题,而且能够有效缓解当今社会面临的能源危机,具有广泛的应用前景。传统的光催化燃料电池的阴极通常采用贵金属作为催化剂,导致其成本高,而且不能利用太阳能。近年来,众多学者着力于成本低廉的半导体光阴极的研究,尤其是半导体Cu₂O。尽管如此,但Cu₂O依然存在着诸多关键问题需要解决,比如电子空穴极易复合、长时间运行稳定性差、光阴极比表面积小等。针对以上诸多不足,本文提出了一种CuS/Cu₂O/Cu光阴极,基于此并构建了双极可见光响应的光催化燃料电池,降低了电池的成本,提高光能利用。主要研究成果如下:（1）基于CuS/Cu₂O/Cu立方体纳米颗粒光阴极的光催化燃料电池利用水热法合成了Cu₂O/Cu立方体纳米颗粒,然后采用连续离子吸附反应法复合CuS,即得到CuS/Cu₂O/Cu立方体纳米颗粒光阴极。通过EIS、LSV、时间-电流测试等方法对其进行了表征,并与Cu₂O/Cu进行了比较实验。实验结果表明,CuS/Cu₂O/Cu立方体纳米颗粒光阴极电化学阻抗比Cu₂O/Cu立方体纳米颗粒光阴极小,氧还原能力较强,并且能够长期稳定地运行。然后通过测试具有该光阴极的电池性能,发现CuS沉积在Cu₂O/Cu后电池性能明显提升。研究了光强、Na₂SO₄溶液浓度、流速等运行参数对光催化燃料电池产电性能的影响。结果发现,随着光强、Na₂SO₄溶液浓度的增加,电池性能提升,而随着流速的增加,电池性能却有小幅度的下降。但是该光阴极依然存在电子传输速率慢的问题,造成半导体Cu₂O产生的电子空穴对在催化剂内就发生了再复合,降低了光阴极氧还原反应速率。（2）基于CuS/Cu₂O/Cu纳米线光阴极的光催化燃料电池利用湿式氧化还原法制备CuS/Cu₂O/Cu纳米线光阴极。该一维纳米线结构不仅提高了比表面积,增多了催化活性位点,而且还能强化电子传输,抑制了光生电子-空穴对复合。通过SEM、EDS、UV-vis和时间-电流测试等方法对光阴极进行了表征,发现团簇状CuS均匀地沉积在Cu₂O/Cu纳米线上,对可见光具有很好的光响应,并且能够长期稳定地运行。接着研究了光强、Na₂SO₄溶液浓度、流速等运行参数对光催化燃料电池产电性能的影响。结果表明,该电池随着光强、Na₂SO₄溶液浓度的增加,电池性能提升,而随着流速的增加,电池性能下降。（3）基于CuS/Cu₂O/Cu三维疏水光阴极的光催化燃料电池制备以泡沫铜为基底的CuS/Cu₂O/Cu三维疏水光阴极,增加了电极的比表面积,增多了更多催化活性位点。通过SEM、EDS、LSV、接触角测试等方法表征了光阴极。实验结果表明,CuS/Cu₂O/Cu三维疏水光阴极接触角为147°,具有良好的疏水性。LSV结果表明CuS/Cu₂O/Cu三维疏水光阴极的氧气还原能力较强。最后研究了光响应特性,以及光强、Na₂SO₄溶液浓度等运行参数对光催化燃料电池产电性能的影响。结果发现,该电池具有良好的光响应特性,随着光强、Na₂SO₄溶液浓度的增加,电池性能得以提升。