石墨烯纳米片之间由于存在强烈的相互作用,因而易于重新堆砌成石墨,这给石墨烯的应用研究造成严重的障碍。通过选择合适的功能材料与其杂化,形成石墨烯杂化材料,不仅可以有效地阻止石墨烯纳米片的重新聚集,而且所制备的石墨烯杂化材料还可能会被赋予更加优异的物理化学性能。本论文以改进的Hummers法合成的氧化石墨烯(GO)为前驱体,采用一锅溶剂热法合成了TiO2纳米晶／石墨烯杂化材料(TiO2 NC／G),并考察了所制备的TiO2 NC／G在生物传感和降解有机污染物等领域的应用。具体工作如下:　　 1.以Ti(OC4H9)4和GO为原料,乙醇作为溶剂和还原剂,采用一锅溶剂热法制备TiO2 NC／G。红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)证实,所制备的TiO2 NC／G中GO已被还原成石墨烯；扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)显示,杂化材料中TiO2纳米粒子不仅均匀地修饰在石墨烯纳米片表面,而且作为“隔离物”有效地阻止了石墨烯纳米片的再聚集。　　 2.以TiO2 NC／G为酶固定化平台,乙酰胆碱酯酶(AChE)为模型酶,构建了AChE生物传感器,并考察其在有机磷农药检测中的应用。研究表明,TiO2 NC／G不仅提供了一个良好的生物相容性界面,保持了AChE的原始构象和生物催化活性；而且与单一组分石墨烯纳米片和TiO2纳米粒对比研究表明,TiO2 NC／G的引入使电极对AChE催化底物氯化硫代乙酰胆碱(ATCl)生成的硫代胆碱的催化电流分别增加了2.5和3.5倍。ATCl浓度在0.3～1.1 mM范围内与响应电流呈线性关系,AChE的表观米氏常数KappM为0.072 mM。以西维因(carbaryl)为有机磷农药模型化合物,进一步考察了农药分子在靶标酶界面的吸附、识别与电子传递行为和传感性能,结果表明carbaryl浓度在0.001～0.015μg·mL-1和0.015～2μg·mL-1范围内与抑制率呈现良好线性关系,检测限为0.3 ng·mL-1。这为有机磷农药的痕量检测提供了一种快速、便利的电化学方法。　　 3.以亚甲基蓝(MB)为模型染料化合物,H2O2为氧化剂,Ti2O2NC／G为催化剂,详细考察了各种反应条件参数(如H2O2浓度、体系pH值、MB初始浓度等)在非均相催化湿式氧化降解MB过程中的影响。结果表明:在含有100 mM H2O2和0.2 mg·L-1TiO2 NC／G的中性体系中反应1 h后,15 mg·L-1的MB有96％被催化氧化了。催化剂TiO2 NC／G分离回收,反复使用5次后,15 mg·L-1的MB仍有90％被催化氧化了。进一步通过循环伏安和交流阻抗法解释了TiO2 NC／G湿式催化氧化降解MB机制,最后使用二甲基亚砜作为羟基自由基(HO·)的捕获剂初步证实了在催化氧化降解过程中,所生成的HO·是染料降解的直接因为。