TiO₂半导体光催化剂对有机废水有着良好的降解能力,是未来处理有机废水的策略之一。但是,原始的TiO₂只能吸收紫外光区域的能量,且有着较高的光生电子-空穴复合率,限制了它的实际应用。TiO₂的光催化性能与其晶体结构、形貌、表面羟基、晶体缺陷等息息相关。本论文围绕着对其形貌、表面羟基、可见光响应、晶相、缺陷与光催化性能的关系进行探究,设计和开展一系列的实验工作,获得了高性能的灰色花状微/纳米结构TiO₂和石墨烯量子点的复合材料,研究结果如下:（1）在PVP表面活性剂辅助的条件下通过水热法制备出尺寸均一、分散性良好的花状微/纳米结构的TiO₂,随后在氢气的氛围下煅烧制备出灰色的花状微/纳米结构的TiO₂,并研究了煅烧的温度和时间对最终产物的影响,随着温度和时间的提升TiO₂的颜色由白变成灰,且在可见光区域的吸光性能也逐渐增加。随后进行光催化性能测试,发现氢化处理的TiO₂与未氢化的TiO₂相比在可见光照射下的光催化性能显著提升。荧光光谱和光电流测试表明氢化处理可以增强光生电子和空穴的分离。（2）通过简便的水热法制备出形貌良好的花状微/纳米结构TiO₂和GQDs的复合材料,并探究了GQDs加入量对产物的影响。通过模拟太阳光照射检测其光催化性能,随后对性能最好的样品进行稳定性测试。并利用XRD、TEM、Raman、XPS对其物相和组成进行分析,通过紫外光谱、荧光光谱、瞬时光电流测试等方法对其性能和机理进行分析。（3）基于上面两种有效提升光催化性能的策略,我们制备出灰色花状微/纳米结构TiO₂与GQDs的复合材料,以不同GQDs的加入量为优化条件筛选出合适的掺杂质量。随后在模拟太阳光照射下对一系列的光催化剂进行性能测试,测试结果显示复合材料拥有卓越的光催化性能。这两种策略相辅相成具有相互累加和促进的作用,可同时提升复合材料光吸收性能和促进光生电子-空穴对的分离。