随着社会工业化的发展,化石燃料（煤、石油、天然气等）的消耗与日俱增,直接导致了当今社会的能源危机问题;同时化石燃料燃烧会排放大量CO₂,导致温室效应日益严重。因此,开发一种还原CO₂产生燃料并用其直接产电的技术可有效缓解当今世界面临的能源与环境危机。光催化技术是一种新兴的可再生能源利用技术,具有可利用太阳能、成本低廉、条件温和等优点,可广泛应用于太阳能水解制氢、光催化还原CO₂、光催化燃料电池（photocatalytic fuel cell,PFC）降解有机废水同时产电等领域。虽然光催化技术可以还原CO₂生成碳氢燃料,但依然存在产量小、后期利用成本高等问题。因此,本文提出了光催化还原CO₂与PFC耦合产电系统,以光催化还原CO₂的产物作为PFC的燃料,实现了光催化还原CO₂产物的有效利用。首先,本文构建了光催化还原CO₂与PFC耦合产电系统,利用光催化还原CO₂的产物作为PFC燃料直接利用发电,研究了不同运行参数对CO₂还原特性和PFC产电特性的影响规律;然后针对耦合系统中PFC出口有机物浓度大于CO₂还原腔室出口有机物浓度的现象出发,探究了CO₂对PFC影响;最后,从提高光催化还原CO₂性能出发,提出了泡沫镍负载TiO₂用于CO₂还原,提升系统性能。主要研究成果包括以下几个方面:（1）光催化还原CO₂与PFC耦合产电系统性能研究构建了光催化还原CO₂与PFC耦合产电系统。该系统集成了光催化还原CO₂和PFC技术,实现了CO₂还原腔室进行光催化还原CO₂反应,随后,反应产物直接进入PFC进行产电。通过与无CO₂存在的耦合系统产电性能比较以及CO₂还原腔室出口有机物浓度检测,论证了耦合系统的可行性。研究了光照强度、停留时间、H₂SO₄浓度对该耦合系统的CO₂还原和产电性能的影响。结果表明:较大的光强会产生更多电子-空穴对,加快光催化还原CO₂和光阳极反应速率,提升耦合系统的产电性能;较高的H₂SO₄浓度,有利于光催化还原CO₂反应、光阳极反应以及阴极反应,同时降低电池内阻,从而提升耦合系统整体性能;停留时间越长,光催化还原CO₂产物浓度更高,但对耦合系统产电性能无明显影响。研究中还发现耦合系统出口有机物浓度较CO₂还原腔室出口有机物浓度增大,说明在CO₂还原腔室未反应的CO₂在PFC中仍然发生还原反应生成有机物。（2）PFC同时还原CO₂与产电的性能研究针对耦合系统中CO₂在PFC中仍然发生CO₂还原反应的现象,以光催化CO₂还原产物之一的甲醇为例,本文研究了CO₂与甲醇共存情况下PFC的光催化CO₂还原和产电特性。实验结果表明,无论有无甲醇存在,CO₂均在光阳极被还原,产物同时又作为PFC的燃料进行产电。此外,结果表明,所加甲醇浓度与CO₂还原得到的甲醇浓度相对接近时,对PFC产电性能提升越显著;而甲醇浓度远大于CO₂还原得到的甲醇浓度时,CO₂对PFC中CO₂还原和产电性能无明显影响。此外,研究了运行参数（光照强度、停留时间、H₂SO₄浓度）对PFC中CO₂还原和产电性能的影响。研究表明:增大光强和H₂SO₄浓度,均有利于光催化反应,使得PFC的CO₂还原和产电性能均得到提升;停留时间的增大,会增大出口甲醇浓度,降低PFC甲醇得率,但小幅提升PFC的产电性能。（3）泡沫镍负载TiO₂光催化还原CO₂与光催化燃料电池耦合产电系统性能研究提出了泡沫镍负载TiO₂强化CO₂还原以提升系统的产电性能。该光催化剂采用溶胶-凝胶法制备,由TiO₂致密层和TiO₂薄膜组成。相比导电玻璃负载TiO₂的CO₂还原,泡沫镍负载TiO₂用于CO₂还原可大幅提升系统性能。这是由于泡沫镍提高了比表面积,为光催化反应提供了更多的吸附和活性位点,并能有效增强了物质传输,增强光子散射,提高光能利用率。同时本章探究了光强和泡沫镍孔隙结构对光催化还原CO₂性能和耦合系统的产电性能的影响规律。实验结果表明:增大光照强度,使得光生电子-空穴对增多,有利于光催化还原CO₂生成甲醇和乙醇,进而促进耦合系统中PFC的产电性能;提高孔隙密度,使得活性位点增多、物质传输得到强化,从而提升了产电性能。