本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,以material studio中的CASTEP模块为主要计算手段,探讨了石墨烯复合对TiO₂结构和性能的影响。建立了TiO₂/石墨烯层状模型,分析了石墨烯复合对TiO₂光催化和吸附性能的影响,并采用水热法制备了TiO₂/石墨烯纳米复合物,研究了石墨烯复合对TiO₂吸附Cu²⁺和Pb²⁺的影响,并探究两种重金属离子在TiO₂表面的吸附形式,具体研究内容如下:1.本文基于密度泛函理论的第一性原理方法探究了锐钛矿型TiO₂表面的性质,通过对洁净表面能的计算,得出锐钛矿型TiO₂的（101）面能量最低,为最稳定表面,（001）面能量最高,为最活泼表面。以（101）和（001）两个表面为例,探讨了石墨烯复合前后的能带、态密度、光学属性以及电荷分布等性质的变化,研究石墨烯复合对具有一定活性表面的锐钛矿型TiO₂的光催化和吸附性能的影响。研究表明,在石墨烯复合到锐钛矿型TiO₂（101）面和（001）面以后,复合纳米材料的带隙大大减小,光响应范围扩大,吸收边发生红移,提高了TiO₂的光催化活性,同时对Cu²⁺、Pb²⁺的吸附性能也有一定程度的提高。2.通过对金红石型TiO₂洁净表面能的计算,得出了金红石型TiO₂的（110）面能量最低,为最稳定表面,（100）面能量最高,为最活泼表面。以（110）和（100）两个表面为例,探讨了石墨烯复合前后体系的能带、态密度、光学属性、电荷分布以及功函等性质的变化,研究石墨烯复合对具有一定活性表面的金红石型TiO₂的光催化和吸附性能的影响。研究表明,在金红石型TiO₂（110）面和（100）面复合石墨烯以后,光响应范围扩大,带隙减小,价电子只需吸收很少的能量就能跃迁到导带上,提高了TiO₂的光催化活性,同时对Cu²⁺、Pb²⁺的吸附性能也有一定程度的提高。3.采用Hummers方法制备了具有良好形貌的石墨烯,并采用超声辅助水热法合成了TiO₂/石墨烯复合纳米材料（TiO₂/G）。并采用XRD、SEM、DRS等手段对TiO₂/G样品进行分析表征。结果表明,在石墨烯的质量为0.1g时,TiO₂/G表现出良好的生长形貌,并表现出优良的吸附能力。