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TiO2作为光催化材料具有效率高、稳定性好、价格低廉、无毒无副作用、无二次污染等优点，但是其较宽的带隙（禁带宽度为3.2eV）极大的限制了其对可见光的利用率，光生载流子易复合，导致催化效率低，这些都限制了 TiO2的应用范围。石墨烯作为一种二维材料，其最大的特点是其中电子的运动速度达到光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。将其与 TiO2复合可以极大的提高 TiO2光生电子的迁移率，从而降低光生电子和光生空穴的复合率。同时石墨烯巨大的比表面积，可以为污染物的吸附提供一个平台，有利于光催化反应的进行。另外，石墨烯是憎水性的，TiO2是亲水性的，如何解决二者的不相容问题使纳米 TiO2均匀分布在石墨烯表面并对其实施改性，从而制备出光催化性能更佳的复合光催化剂是当前研究的关键问题。 本论文首先采用Hummers法制备氧化石墨烯（GO），然后用柠檬酸络合溶胶-凝胶法原位合成 GO-TiO2前驱体，再经硼氢化钠还原得到石墨烯-TiO2（rGO-TiO2）复合材料，同时用稀土离子（Re=La，Sm）对其进行改性得到 rGO-Re/TiO2复合材料；利用X-射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、荧光光谱（PL）对其进行表征分析。研究了 GO加入量、煅烧温度对复合材料结构与形貌及光催化效率的影响，同时还考察了复合光催化剂投入量对甲基橙降解率的影响。 研究结果表明：柠檬酸作为钛酸四丁酯的水解抑制剂和氧化石墨烯的表面活性剂不仅能解决石墨烯和TiO2不相容的问题，还能使 TiO2粒子均匀分布在石墨烯表面；在 TiO2中引入 GO和Re可抑制金红石相 TiO2的生成、防止 TiO2颗粒的团聚和长大、延长光生载流子的寿命；此外，用稀土离子改性 rGO-TiO2复合材料还能提高 TiO2从锐钛矿相向金红石相的转变温度并提高其光催化性能。rGO-TiO2和rGO-Re/TiO2复合光催化剂最佳投入量均为0.10g；GO加入量为10％，400℃煅烧的 rGO-TiO2复合材料降解甲基橙效率最高；而 La3+和Sm3+改性的最佳条件分别为 GO加入量15%、10%，450℃煅烧。