在高级催化氧化技术中,半导体光催化被认为是解决全球能源和环境问题的“绿色”和有效战略之一,其温和的反应条件、较强的氧化性和广谱性等优点为水处理提供了经济技术。其中,二氧化钛复合材料因催化工艺绿色清洁和耗能较低等特性得到了深入的研究,在环境污染控制、能量转换和新物质合成方面具有广阔的应用前景。本课题研究立足于新型高效石墨烯基复合催化材料的合成及技术研发,通过超声波辅助原位光还原法、水热法以及高温浸渍法等技术成功得到一种成本低、性能优越的过渡金属掺杂TiO₂/石墨烯三元复合催化材料。利用透射电镜分析（TEM、HR-TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线能谱分析（EDS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）、紫外可见漫反射（DRS）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、电子顺磁共振（EPR）、比表面积分析仪（BET）、ZETA电位等表征检测手段对光催化复合材料进行了全面的分析。同时,以重金属Cr（VI）及四环素作为模拟目标污染物,较系统的研究了各因素,如:掺杂量、pH、投加量、初始浓度、共存离子等对污染物去除效率的影响。通过EPR和自由基捕获实验提出过渡金属掺杂石墨烯基TiO₂三元复合催化材料对污染物去除机理,以期为环境光催化技术的实际应用提供一定的参考和依据。具体如下:（1）基于“绿色”超声波浸渍辅助光还原策略,在不使用任何还原剂的情况下将Ag⁺完全光还原,制备得到超痕量银掺杂的TiO₂催化剂。结果表明,所有获得的Ag/TiO₂催化剂与商售P25纳米粒子相比,在还原Cr（VI）时的光催化活性显著提高。在Ag/TiO₂中构建肖特基势垒显示出较好的e^-/h⁺分离效率,直接增强了材料的光催化性能。（2）采用改进的Hummers氧化法制备了单层的氧化石墨烯（GO）,并通过原位超声浸渍和原位光还原技术得到Ag/TiO_2/rGO三元复合纳米催化材料;以重金属Cr（VI）和四环素作为目标污染物,探究了各因素对模拟废水中污染物去除率的影响。结果显示,石墨烯基三元复合催化剂的光催化活性得到显着提高,Ag/TiO_2/rGO光催化活性为市售P25的4.3和2.5倍;去除效率主要受pH值的影响;五次循环使用所得光催化剂的效率保持在80%以上;证实所构造的电子耦合系统可以有效的增强光吸收和提高e^-/h⁺的分离效率,具有优异的光催化活性。（3）为了避免贵金属纳米粒子的高成本,提高产品的广泛适用性,本实验进一步采用第一过渡系金属为掺杂元（Mn、Fe、Cu、Ni）,以钛酸丁酯为前驱体,乙醇水溶液为溶剂,采用水热法调控GO掺杂量制备得到了石墨烯基TiO₂二元复合光催化剂（TiO₂/rGO）,并利用高温浸渍法制备得到一系列的过渡金属掺杂的石墨烯基二氧化钛的三元复合材料M/TiO₂/rGO。实验证明所得到的纯锐钛矿相TiO₂纳米颗粒原位生长在石墨烯表面;以四环素作为目标污染物系统探究了各影响因素对催化降解四环素的影响,结果显示三元复合材料可以有效的增强其光催化活性,Cu（II）>Fe（III）>Mn（II）>Ni（II）。