本项目在国家自然科学基金支持下，针对传统微生物电化学系统产氢需要额外直流电源的问题，提出构建微生物光电化学系统，采用光阴极将太阳能直接耦合到微生物电化学系统中，实现废水处理和产电制氢，并深入研究该系统工作的规律及机理。 通过构建了单室无膜微生物燃料电池，从空气阴极渗透到电池内部的O2为电子受体，在碳刷阳极上培养可催化氧化有机底物产生电子和质子并传递出细胞的厌氧微生物。使用水热法制备了BiWO6、BiVO4、TiO2等光催化剂，使用溶胶凝胶法和热熔融法制备CaFe2O4、SrTiO3、 YFeO3等光催化剂，使用喷雾热解法制备了CdxZn1-xS系列光催化剂。特别地将n型TiO2薄膜光电极与微生物阳极耦合成电池，光照后开路电压0.3V左右，内阻在10kΩ以上，电池最大功率密度和最大电流密度分别为6.05mW.m-2和105 mA.m-2。将p型CaFe2O4薄膜光电极与微生物阳极耦合成电池，与内置n型TiO2的微生物光电化学系统相比，开路电压升高到0.75V，内阻降低到2000-4000Ω之间，最大功率密度和电流密度分别升高到174 mW.m-2和1100 mA.m-2。使用100Ω外阻进行产氢实验时，内置n型TiO2系统产氢速率为13.1μL.h-1；内置p型CaFe2O4系统的产氢速率为16.4μL.h-1。研究成果显示，p型光电极更适用于与微生物阳极耦合成电池，能更好的发挥微生物阳极和光电极的耦合作用。但p型光电极的制备比较复杂，限制了耦合系统的进一步研究。

    继而本项目设计了一种协同产氢发电的微生物电化学系统。该技术是通过提高微生物电解池系统阴极电解液中质子浓度使得系统阴极氢析出电位不断升高，最终反应在无需光照或者直流电源的条件下自发发生，实现了从废水处理中同时收获氢能和电能。  

    开展了系列高性能光催化剂的制备技术研究。水热法制备的TiO2纳米棒阵列用于微生物光电化学系统的光阴极获得了较高的催化产氢活性，通过有机高分子复合，可以使光催化剂的稳定性和活性均得到提高。通过导电高分子材料复合光催化剂促使光生电子空穴的分离，减轻了催化剂的光腐蚀，提高了光催化剂的活性和稳定性。