光催化在化学、光电、半导体、材料、环境等领域都有广泛的应用,最具代表性的就是自然界植物的光合作用,表现为空气中的二氧化碳和水在光合作用下合成为氧气和碳水化合物。光催化技术在纳米材料方面的研究将能够被运用在治理环境污染、温室气体处理、制备环保型材料、开发新能源以及生物医药等领域。光催化技术并未发展成熟,尤其是二氧化钛半导体催化剂的研究在现阶段也存在着一定的技术性难题未被解决,并且在光催化剂实际应用方面也面临着巨大的挑战。石墨烯具有独特的单层纳米结构,因而具有较高的比表面积和特异的电子传导能力等一系列极具吸引力的特性,成为新型纳米复合材料的理想载体。石墨烯基半导体纳米复合材料通过将纳米尺度的粒子或一维材料,如纳米线、纳米管,分散在石墨烯片上形成。能有效提高多种纳米二氧化钛材料的光催化性能。锂离子电池作为一种储能设备在新能源的转换和利用中越来越发挥着不可替代的作用。锂离子电池性能优越,具有较高的能量密度、循环寿命长,而且无污染,成为研究的热点。石墨烯基半导体纳米复合材料,在锂离子电池电极材料方面也有应用潜力。我们的主要开展了以下工作:改良Hummers法并结合热解法制备获得了石墨烯材料。SEM、TEM和XRD测试结果表明,氧化石墨11.351（?）峰衍射峰的形状特别尖锐,强度高,通过氧化还原后,该衍射峰明显降低,氧化还原后衍射峰向小角度偏移、宽化。FTIR表明:在3450 cm-1、1765 cm-1、1613 cm-1、1500 cm-1和1075 cm-1附近的谱带减弱较明显。石墨烯含有含氧官能团,与氧化石墨相比,含量减少。而拉曼光谱光谱D峰(1350 cm-1)和G峰(1580 cm-1)的出现,则进一步证实了石墨烯的成功制备。热重分析测试结果表明,每次失重伴随着放热,失重的原因分别是样品脱去吸附水,石墨烯薄膜结构层内稳定官能团的分解。石墨烯/TiO2纳米管复合材料的制备及其光催化性能研究。使用水热法用二氧化钛纳米颗粒P25一步制备TiO2纳米管复合材料,TEM表征显示,TiO2纳米颗粒生长成为管状结构。其直径10nm左右,长度达100nm,形貌规整。亚甲基蓝对662nm波长相对吸收强度的自然对数Ln（C/C0）分析表明石墨烯/TiO2纳米管纳米复合材料光降解性能,明显优于同等条件下P25 TiO2纳米颗粒的光降解性能。由于石墨烯优良的导电性能,在与TiO2纳米管水热法复合后,结合紧密,能导走在光照条件下TiO2产生的光生电子,避免了电子、空穴对的再次复合。提高了石墨烯/TiO2纳米管纳米复合材料的光降解活性。石墨烯改性ZnO-TiO2纳米复合材料的制备及其光催化性能。制备获得ZnO/TiO2纳米管复合材料,长度几百纳米,内径大约7纳米左右。然后再进一步制备获得石墨烯改性ZnO/TiO2纳米复合材料。TiO2呈中空管状,且ZnO呈颗粒状均匀地附在TiO2纳米管表面。石墨烯接近透明,能清晰观察到边缘的褶皱部分,ZnO-TiO2纳米微粒分布在碳载体上。XRD谱图表明,ZnO/TiO2-NTs衍射峰25.3°、37.7°、48.0°、54.0°、55.0°、62.7°、68.7°、70.2°,对应锐钛矿相（101）、（004）、（200）、（105）、（211）、（204）、（116）、（220）晶面。紫外-可见漫反射谱图观察到,TiO2-ZnO的禁带宽度变小,对可见光的利用率变大。光催化测试结果表明,所有样品都具有明显的光催化活性,ZnO的引入明显改善了TiO2-NTs光催化性能;而且石墨烯的引入,能够进一步改善TiO2-ZnO纳米复合材料的光催化性能。石墨烯/TiO2纳米管阵列复合纳米材料的制备及光催化性能研究。随着阳极氧化电压的增加（15V-30V）,TNA纳米管的平均孔径增加（70-180nm）,达6.8nm/V。相应的光催化活性也增加。增强的光催化活性可归因于TNA的增加的孔径,其可提供更高的比表面积,更高的吸附能力和更高的产生光致电子-空穴对活性位点的能力。另一方面,随着阳极氧化时间的增加,二氧化钛纳米管阵列（TNAs）的孔径减小,-16nm/h。管壁厚度增加,4.2nm/h,而光催化活性降低。降低的光催化性能可归因于所制备的TNA样品的比表面积和吸附容量的减小,这是由于孔径减小和TNA样品的管壁厚度增加所致。石墨烯/二氧化钛纳米管阵列复合纳米材料C元素Wt%=3.69,具有复合协同效应,改善了纳米管阵列表面性质,建立了钛基底和石墨烯双层电子传输通道。并能够有效的增大各种组分之间的接触面积,使石墨烯/二氧化钛纳米管阵列复合材料各项光催化活性增强。石墨烯/钛酸锶纳米复合材料的制备及其光催化性能研究。钛酸锶多孔膜Sr（At%）=12.02,扫描电子显微镜（SEM）表征,可见均匀钛酸锶多孔膜,及其典型的立方结构。并形成了底层的钛金属基底、上层的石墨烯双层电子通道,有利于光生电子-空穴对的分离,有利于改善材料的光催化性能。将石墨烯与钛酸锶纳米多孔薄膜进行复合后,能够在一定程度上改善钛酸锶纳米多孔薄膜的光催化活性。K=1.98%min-1增大为K=2.13%min-1。石墨烯/Ag3PO4复合材料合成及其光催化性能研究。采用简便的沉淀方法成功制备获得了石墨烯/Ag3PO4复合材料（Ag3PO4-GNS）。TGA测试估算石墨烯质量百分比含量约为6.3%。FESEM测试结果表明,Ag3PO4为平均直径350–500 nm。石墨烯上的负电荷与带正电的Ag+通过静电自组装控制了在石墨烯片表面上Ag3PO4粒子的生长;而UV-vis测试结果则反映了石墨烯复合后,可以在很大程度上改善Ag3PO4的可见光吸收能力,尤其是在可见区域（＞420nm）。从而可以促进Ag3PO4材料的光催化活性。光催化测试结果表明,在可见光照射下,Ag3PO4-GNS复合材料的光催化活性更高。氧化石墨烯片能控制Ag3PO4粒子的大小和形态,使得Ag3PO4粒子形貌和尺寸更为均匀一致;石墨烯复合后,能够使得Ag3PO4粒子产生更高的吸附活性和光生电子的迁移效率,从而增强其光催化活性。石墨烯/氧化铁纳米复合材料的制备及其电化学储锂性能。通过溶剂热法合成得到石墨烯/Fe2O3纳米复合材料,石墨烯层数约为6～8层,包裹颗粒尺寸约为100～400 nm。Fe2O3晶粒大小≈21.8nm,晶格间距为0.26 nm。红外光谱570 cm-1和482 cm-1处的强烈吸收峰,对应Fe-O的伸缩振动,证实得到α-Fe2O3。固体漫反射（DRS）结果表明,Fe2O3/石墨烯纳米复合材料相比于Fe2O3纳米颗粒,截止吸收波长增大,禁带宽度减小,发生红移,由528 nm变为537 nm。禁带宽达到2.31 e V。恒流充放电表明,制备的Fe2O3/石墨烯纳米复合材料相比于纯Fe2O3纳米颗粒,首次放电容量几乎翻倍,库伦效率也大幅提高,而且循环稳定性也在一定程度上得到了改善。这主要是由于复合材料中石墨烯材料的优异的导电性和高比表面积所引起的,能够更好地促进锂离子的脱嵌过程。氧化石墨烯官能团与半导体材料的复合机理及光电化学活性改善,需要进一步研究。