环境污染严重影响到人类生存环境，环境净化和防治已经成为世界性问题。光催化以其降解效率高、条件温和、无二次污染的优点，在环境净化中的应用引起了广泛的关注。负载型光催化薄膜便于分离和重复使用，成为光催化应用的关键技术。然而传统光催化薄膜表面纳/微尺度的传质主要依靠被动的分子扩散，不充分的传质限制了光催化薄膜活性的提高。如何有效增强纳/微尺度的流体混合，增强传质成为关键性问题。　　受生物纤毛微流体操控功能启发，人们制备出具有类似功能的仿生纤毛，其在外场驱动下模拟生物纤毛运动，形成微流体加速混合。本论文将仿生纤毛（纤毛状仿生阵列）引入光催化薄膜设计中，以构筑纤毛状仿生光催化阵列为主要研究对象，以微流体混合性能调控为手段，通过磁场诱导自组装法制备纤毛状仿生阵列并进行光催化功能复合，深入探讨复合结构与光催化性能间的关系，并对该新颖平台的拓展性进行了探索。　　(1)磁场诱导自组装制备纤毛状仿生阵列及其结构参数调节　　以溶剂热法可控合成磁性功能粉体Fe3O4和Co，并以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体，通过磁场诱导自组装法制备纤毛状仿生阵列，研究了自组装工艺，磁粉含量、PDMS浓度、模具高度、模具尺寸等参数变化与阵列结构演变间的内在规律。研究发现，Fe3O4粒径在68～553 nm可控调节，饱和磁化强度约72.6～82.9emu/g; Co粒径在0.68～6.20μm有效调节，饱和磁化强度160 emu/g; Co较Fe3O4能够形成有效的阵列结构，所制备的纤毛状阵列以连续PDMS薄膜为基底，具有好的机械稳定性和结构柔韧性;自组装工艺调节可以实现阵列结构单元直径15～90μm、阵列结构单元密度7～690 array/mm2、阵列结构单元高度0.05～3.00 mm、阵列面积高达50×50 mm2等不同结构参数样品的制备，不同规格纤毛状阵列的制备成为对其微流体混合性能及光学性能优化研究的基础。　　(2)磁驱动作用下纤毛状仿生阵列的微流体混合性能及光学性能　　为实现功能化，需对纤毛状仿生阵列的性能进行优化，在对其磁致形变分析基础上，通过示踪剂法研究了磁驱动阵列形成微流体及阵列结构参数对微流体混合性能的影响，以粒子图像测速技术(PIV)定量表征了微流体特征，同时研究了微阵列结构对样品200～700 nm光反射率影响。研究表明，阵列结构单元在外场诱导下的偏角随磁场强度、阵列结构单元高度的增加而增加，随阵列结构单元直径的减小而增加，3mm样品的偏角可达60°。磁驱动纤毛状阵列模拟生物纤毛运动，推动液体流动形成微流体，加速对流传质，其混合性能可通过结构参数优化。实验条件下，样品混合性能随阵列结构单元密度、高度及直径的增加而增强，随磁驱动频率的提高先增强后降低，以14.0 Hz时具有最好混合效果，PIV分析显示，微流体流速可达26 mm/s。表面微阵列结构显著降低200～700 nm光反射率，3mm纤毛状阵列的平均反射率较平面结构薄膜下降约87％。　　(3)纤毛状仿生阵列的功能化及其光催化性能研究　　通过PDMS基体等离子改性、表面石墨烯改性及TiO2液相沉积等过程，成功制备了纤毛状仿生光催化阵列(AGT)。阵列表面功能化对阵列结构磁驱动性能及流体混合性能没有显著影响。表面光催化剂复合显著提高了AGT的光催化性能，静止AGT进行催化时，其催化性能随阵列结构单元高度、密度的增加而提高。以旋转磁场驱动AGT进行光催化时，其催化性能随磁驱动频率的提高而提高，实验条件下，当14.0 Hz驱动时达到最大，其表观速率常数k是静止AGT的2.3倍，是外部搅拌分散的1.4倍。AGT具有稳定的光催化性能，连续5次循环使用，其光催化降解效率能够保持高达95％。磁驱动的AGT表现出高效的微流体混合，促进光催化性能提高。　　(4)纤毛状仿生阵列功能化的拓展性及普适性探索研究　　为考察纤毛状仿生阵列作为基体在光催化应用中的拓展性及普适性，通过表面催化剂性质的设计及复合工艺的调控，验证并拓展了光催化复合阵列的功能性。采用水热法在纤毛状仿生阵列表面生长约800 nm的TiO2纳米针;通过溶胶-凝胶法将高活性P25包覆于纤毛状仿生阵列表面，该复合技术对光催化剂无特殊要求，提供一种普适复合策略，复合阵列在磁驱动下表现出高效的光催化性能。