近年来，半导体光催化剂在能源开发和环境治理方面的应用已经引起了世界各国政府、产业界及各研究领域科学家的广泛关注，当前的研究热点主要集中于高效光催化剂的研制和开发。以TiO2，WO3等为代表的氧化物半导体光催化材料以其独特的性能成为一种潜在的理想光催化材料。但是，单独半导体作为催化剂不能有效的分离光生电子和空穴，存在量子效率低，太阳能利用率低等关键科学技术难题，这极大地制约光催化技术在工业上的广泛应用。半导体通过复合的方式可改变材料性能、改变活性位、改善光催化反应的反应过程和对反应动力学行为，从而有助于提高催化剂的量子效率、扩展光响应范围、改善光催化剂的稳定性，因此正逐渐成为半导体光催化材料的研究热点。因此，本论文研究工作就复合型光催化剂中存在的几个科学问题展开了研究工作：第一，如何设计复合材料的结合方式，提高复合材料之间的接触面和组分之间的相互作用；第二，如何合理设计催化剂的活性中心以实现光生电子的快速转移和分离，从而来探索高催化活性的催化剂；第三，如何设计和构建多级结构的光催化剂来提高光的利用，充分的发挥催化剂组分的作用的同时降低催化剂成本，设计高效廉价的光催化剂。基于以上的几点问题，本论文工作围绕以下三个方面展开：一、石墨烯包裹WO3单晶复合材料的吸附-光催化性能研究在清洁水介质条件下合成的具有吸附性能的WO3纳米棒基础上，通过光还原辅助溶剂挥发的方法合成了石墨烯包裹WO3单晶的复合材料，石墨烯由于化学作用力和静电作用力从而紧密的包裹在WO3纳米棒的表面。同时，我们以RhB的处理为探针反应测试了复合材料的吸附-光催化性能。结果表明复合材料具有良好的吸附-光催化性能。这主要归结于：（1）石墨烯紧密包裹在WO3纳米棒的表面，使复合材料一定程度上保留了WO3纳米棒的吸附性能；（2）由于石墨烯快速转移光生电子的作用，从而提高了催化剂光生电子-空穴的分离效率，催化剂表现出良好的可见光催化性能。设计和合成这种具有两种或多种功能的的光催化剂的是设计高效复合型光催化剂的新思路。二、纳米晶TiO2负载石墨烯复合材料的光催化性能研究通过高温溶剂热的方法原位制备了纳米晶TiO2负载石墨烯的可见光催化剂，我们研究了催化剂处理染料废水能力，同时以光解水制氢为探针反应详细研究了纳米晶TiO2的修饰量与催化剂的活性位对光催化性能的影响。研究表明Pt分散在TiO2纳米晶的表面，然后Pt/TiO2均匀分散在片层的石墨烯表面，此时催化剂显示出良好的光催化活性。这主要归结于：（1）石墨烯对材料光吸收的增强作用以及其片层结构对小颗粒TiO2的分散作用；（2）石墨烯的快速传导电子的能力有利于光生电子-空穴的分离，提高光催化效率。纳米晶TiO2对Pt的分散作用可阻止Pt的团聚和长大，Pt充当活性位点以及其与TiO2的相互作用对催化活性产生重要影响。实验证明，催化剂组分之间的相互作用以及活性位点的分布是设计催化剂需考虑的重要因素。三、纳米晶TiO2修饰花球二硫化钼复合材料的光催化性能研究首先合成了多级花状结构的二硫化钼作为载体，然后采用高温溶剂热的方法制备了纳米晶TiO2修饰花状二硫化钼的复合光催化剂，该催化剂在无Pt存在的条件下，光解水产氢的过程中显示了较高的催化活性。这主要归结于以下三点：（1）二硫化钼起到了载体的作用，纳米晶TiO2颗粒能得到了均匀的分散，增大了催化剂与底物的接触面积；（2）花球开放式结构也有利于表面生长的TiO2对光的吸收，增强对光的利用率；（3）二硫化钼的花状结构能暴露更多边缘，即暴露出更多的催化活性位，能起到替代贵金属Pt的作用用于光催化产氢。研究结果还表明，复合催化剂显示出较好的催化寿命。