光催化燃料电池光阳极活性材料的合理设计对开发高灵敏自供能电化学传感器至关重要。实现光阳极中电荷定向迁移和缩短传输路径是提升光催化燃料电池析氧反应性能的挑战。本文设计了一种具有N–W–O共价键的钨原子分散富碳石墨相氮化碳(W-CN-C)光阳极，用于构建对重金属铜离子检测的自供能光催化燃料电池传感器。通过自组装、剥离和热诱导相结合制备W-CN-C。N–W–O共价键作为界面电荷传输通道，促进电荷载流子分离与迁移。形成的富碳结构增加碳含量，进而增强W-CN-C的π-电子离域，从而显著拓宽太阳光响应范围。原子分散的钨提供活性位点，增强W-CN-C光阳极与电解质界面间的析氧反应动力学。这些协同效应显著提高可见光吸收能力和电荷分离与转移效率，增强W-CN-C光阳极的光电转换效率，表现出优异的析氧反应性能。基于Pt@C电催化剂阴极优异的氧还原反应性能，所构建的光催化燃料电池平台展现出增强的开路电位。在W-CN-C光阳极表面锚定对铜离子特异性识别的探针，构建了自供能光催化燃料电池传感平台，用于检测铜离子。铜离子与探针形成的复合物阻碍W-CN-C光阳极的电子传输，改变光催化燃料电池的输出检测信号。所构筑的传感器表现出跨越五个数量级的宽检测范围(2.0 × 10⁻²–9.2 × 10² nmol L⁻¹)、低检测限(7.0 pmol L⁻¹)、对常见干扰物的高选择性，以及对水生环境中重金属铜离子检测的可行性。此外，以万用表作为信号输出装置，传感平台实现对铜离子的自供能和便携式检测，检测范围为0.25–1.3 × 10² nmol L⁻¹，检测限为84 pmol L⁻¹。这项工作利用原子分散级金属引入的共价键作为电荷转移通道设计高性能光阳极，为构筑对环境检测的高灵敏自供能电化学传感器提供了思路。

光电化学(PEC)技术作为一种简单的太阳能转换装置，是解决环境和能源挑战最有前途的方法之一。PEC技术主要涉及到在光照射下光活性材料被激发导致载流子生成和电荷转移，进而发生光电转换的过程，活性材料在整个系统中起着核心作用。因此，获得高效PEC性能的关键是设计和合成高光电活性材料。光活性材料的光电转化效率主要取决于较宽的光吸收响应范围和较快的光生载流子分离和传递速率。常见的光敏半导体可以作为光电活性材料，包括金属氧化物、金属硫化物、有机小分子和有机聚合物等。但是由于单个半导体材料的固有局限性，难以满足不断增长的检测需求。探索具有特定结构组成的功能复合材料可以克服单个半导体材料的性能缺陷。此外，太阳光谱中紫外光区仅占约5%，而可见光占比约45%。研发可见光驱动的光电活性材料例如银基、铋基、有机聚合物材料等对于PEC技术的商业应用具有更重要意义。由于BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)基材料具有带隙可调、独特的层状结构、无毒性、光吸收范围宽、光稳定性优异等特点，基于BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)的PEC技术已成为研究热点。本文介绍了BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)基材料的理化性质，从提升太阳光的利用率、抑制光生电子和空穴的复合着手，从表面和界面两个角度讨论了BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)基材料的改性方法，重点介绍了其在微结构调控、表面缺陷、官能团修饰、金属沉积、杂原子掺杂和异质结构建等方面的研究进展。通过不同的设计策略，可以有效地提高BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)光生载流子的分离效率，从而提高其PEC性能。介绍了改性BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)在PEC传感、光电水分解、光电催化降解、CO₂还原、固氮和光催化燃料电池等方面的应用。最后，讨论了BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)材料在上述应用中面临的挑战，并对BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)材料未来的研究和实际应用进行了展望。