当今世界,能源短缺、环境污染、温室效应等问题日益突出。光电催化技术（PEC）被认为是一种在环境和能源领域中具有很大应用潜力的技术。Ti O₂具有低成本、高活性、无毒等特性,是一种理想的光电极材料。但以Ti O₂半导体为光电极的PEC技术的应用在一定程度上受到低量子效率、半导体薄膜电极制备成本和稳定性等问题的限制。本论文采用水热法制备原位生长的Ti O₂薄膜电极,研究其在光电催化降解有机污染物同时驱动阴极还原CO₂的光电反应体系中的应用,为利用PEC技术同时解决环境和能源问题提供实例。在含有氯化钠（Na Cl）和双氧水（H₂O₂）的溶液中对钛片进行水热处理,制备得到一系列引入不同Cl浓度的具有二维树叶状形貌结构的薄膜电极。将光电响应最佳的0.1Cl-Ti O₂/Ti电极和0Cl-Ti O₂/Ti电极在三个不同温度下进行煅烧处理,得到六个不同的电极。利用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、接触角测量等物理化学表征技术测试分析催化剂的形貌及组成结构,利用紫外-可见漫反射（UV-vis）、光致荧光光谱（PL）、线性循环伏安法（LSV）、时间电流曲线（i-t）、交流阻抗（EIS）和莫特-肖特基曲线（M-S）表征技术测试催化剂的光电催化性能。结果表明,引入的Cl元素在水热中起到了形貌控制剂和金红石相诱导剂的作用。450℃0.1Cl-Ti O₂/Ti薄膜电极具有更小内阻和更佳的光电流响应。以原位生成的氯诱导Ti O₂薄膜电极作为光阳极,电化学脉冲法制备的六边形去顶双金字塔纳米结构的H-Ag电极作为阴极,分别置于含有一定浓度的卡马西平的0.1 mol·L^-1 Na₂SO₄阳极电解液和0.1 mol·L^-1KHCO₃阴极电解液中,在光强度为500 m W·cm^-2的光照射下,进行光电催化降解卡马西平同时还原CO₂反应。450℃0.1Cl-Ti O₂/Ti薄膜电极表现出优异的光电催化活性,在外加1.5 V电压下,卡马西平降解率为73.08±1.67%,TOC去除率为25.67±1.26%,阴极还原产物一氧化碳（CO）和甲酸（HCOOH）的法拉第效率分别为36.91±1.21%和3.86±0.08%,7次循环实验证明其具有较好的稳定性。此外,还探究了电位、污染物初始浓度等条件对光电催化活性的影响。采用液质联用仪（LC-MS）对中间体进行检测以及捕获剂实验,提出了卡马西平在PEC反应中可能的降解路径。根据相关文献和实验研究,也提出了光阳极驱动H-Ag电极还原CO₂为CO和HCOOH的可能路径。