能源危机已经成为人类未来发展的重要话题,随着能源需求的增长,传统能源逐渐不能满足人类生产的需求。利用光催化分解水制氢实现从太阳能到氢能的直接转换,利用大规模的电化学储能设施提供稳定的能源供给,是解决环境污染和能源危机的有效途径。近年来,石墨烯因其优异的物理性质被广泛关注,具有高导电、导热以及比表面积大等优点。目前已有大量文献报道了石墨烯改性半导体材料应用于光催化、电池等领域,用来提高光催化性能以及电池的电化学性能。本文构建复合光电化学材料,其中石墨烯作为优化电子传输通道,在光解水产氢过程中能促进光生电子-空穴对的分离,在锂电池材料应用中能增加电池容量。本文主要研究工作如下:（1）采用溶胶-凝胶法,以商品化石墨烯（GR（s））和钛胶为原料,制备石墨烯/TiO₂复合材料,考察石墨烯含量和焙烧温度对复合材料光解水产氢活性的影响。复合材料0.5%GR（s）/TiO₂-300光解水产氢性能最佳,产氢速率达到27.6μmol h^-11 g^-1,大约是TiO₂的3.2倍。以CVD法制备的石墨烯（GR）和钛胶为原料制备GR/TiO₂样品,考察石墨烯制备方法对光解水产氢活性的影响。GR/TiO₂-300样品的光解水产氢速率为415.8μmol h^-11 g^-1,是0.5%GR（s）/TiO₂-300的15倍。CVD法制备的石墨烯层数少,有利于克服光屏蔽效应,使样品吸收的光强度提高;其与TiO₂复合有利于窄化TiO₂带隙,拓展其光响应范围;其具有高的导电性更有利于光生电子的迁移,提高电子和空穴的分离效率,从而提高光催化性能。（2）采用溶胶-凝胶法制备商品化石墨烯/TiO₂/小球藻复合材料,石墨烯和小球藻含量分别为0.5 wt%和1 wt%,煅烧温度为300 ^oC时,商品化石墨烯/TiO₂/小球藻光催化剂（GT-1C）的光解水性能最佳,产氢速率为93.4μmol h^-11 g^-1,约为0.5%GR（s）/TiO₂-300的3.4倍。小球藻的改性会促进光催化性能的提高,这应该归功于其可以拓展0.5%GR（s）/TiO₂-300样品的光吸收范围,这是由于小球藻中的有机物与TiO₂的相互杂化作用以及碳的掺杂作用;同时碳还可以成为光生电子和空穴的分离中心。CVD法制备的石墨烯/TiO₂/小球藻光解水性能优于商品化石墨烯/TiO₂/小球藻,这主要是由于CVD法制备的石墨烯具有层数少以及高导电性的优势。（3）通过简单的溶剂热还原策略制备分级石墨烯/Zn₃V₃O₈复合材料。当作为锂离子电池负极材料时,它表现出高的可逆容量(在0.1 A g^-1电流密度下200次循环后比容量为1012 mAh g^-1)和高倍率稳定性(在4.0 A g^-1电流密度下1000次循环后比容量为448 mAh g^-1)。这种出色的表现可归功于多种结构优点,有效的界面、多孔中空微球结构和导电碳网络的协同效应。