化石能源是目前全球消耗的最主要能源,传统化石燃料不但资源有限而且在使用过程中污染环境,因此开发更清洁的可再生能源迫在眉睫。近年来,基于光电化学催化原理的光电化学燃料电池受到越来越多的关注。光电化学燃料电池可以利用光电化学催化剂,在太阳光的辅助下催化氧化化学物质,包括有机小分子,生物物质,以及水中有机污染物等,通过匹配合适的阴极,组成电池产生电能,该技术从原理上可以实现清洁的可再生能源利用和环境修复的双重功效。TiO₂作为最有应用前景的光催化剂凭借其高性能、低成本被人们赋予新的期望。但是由于其单体性能不能满足特殊需要,所以本文通过调控TiO₂形貌、非金属掺杂制备了性能优良的二氧化钛复合材料,并探究了其催化性能和应用。（1）利用水热法及机械混合技术,制备了碳纳米管包覆掺氮的二氧化钛球,相较于商用P25,光催化性能提高了近5倍。我们利用该材料作阳极、乙醇为燃料、铂炭催化剂为阴极构建了光电化学乙醇燃料电池。在太阳能光的辅助下,成功将化学能转化为电能。在模拟太阳光照射下(100 mW·cm^-2),该电池开路电压为0.93 V,功率密度为36μW·cm^-2,该工作提供了一种新的能源技术——光电化学乙醇燃料电池,实现了太阳能和化学能的协同转化。（2）利用溶胶凝胶结合水热法及机械混合技术,制备了含量不同的掺杂了S元素的TiO₂纳米球,通过测试发现了掺杂的S元素的量与材料性能的关系,并且从S掺杂提高Ti O₂光催化活性机理进行了阐述。最后我们利用该材料作阳极、乙醇为燃料、铂炭催化剂为阴极构建了光电化学乙醇燃料电池。在太阳能光的辅助下,该电池开路电压为0.98 V,输出功率密度为20μW·cm^-2。本论文通过利用水热法制备了球形二氧化钛材料,并且对其进行非金属掺杂改性,通过性能检测发现改性后的材料与之前相比有了较大的提升,最后将制备的材料作为光催化剂阳极成功的组装成光电燃料电池,这对新能源的利用与开发提供了一个新的思路。