光催化作为一种高级氧化技术,在环境污染控制领域引起了广泛关注。二氧化钛催化剂具有活性高、化学稳定、耐光腐蚀、价廉无毒等优点,被公认为最具前景的光催化材料。但是,TiO2光能利用率低限制了其实际应用。本文设计并制备了graphene-Ti02复合催化剂,借助graphene与TiO2形成的复合结构增强了光催化材料的光能利用效率,推动了TiO2复合催化剂向实用化发展。主要研究内容如下：以石墨氧化物和钛酸四丁酯为原料,首先在160℃温度下水热反应14小时合成初级产物,然后以氩气为保护气在600℃煅烧2小时合成了graphene-TiO2复合光催化剂。用透射电镜观察样品形貌,发现TiO2呈纳米颗粒状附着在薄膜状的石墨烯表面分析,X射线衍射分析结果表明TiO2为锐钛矿晶型,拉曼光谱及X射线电子能谱分析结果显示样品主要成分为TiO2和grapheneo以亚甲基蓝为目标物,graphene-TiO2的光催化降解能力是纳米TiO2颗粒的1.2倍,并显示了较好的稳定性。空穴在降解过程中起主要作用,碱性溶液更利于催化剂对亚甲基蓝的降解。为了进一步提高graphene-TiO2复合催化剂的光催化能力,用溶胶-凝胶法制备了具有反蛋白石结构的TiO2光子晶体,然后用电化学还原法制备石墨烯薄膜并负载在光子晶体上,得到graphene-TiO2反蛋白石结构的光子晶体光催化剂。该催化剂中的TiO2以锐钛矿形式存在,孔径约为185nm。以亚甲基蓝为目标物进行光催化反应,graphene-TiO2光子晶体光催化剂的光催化反应动力学常数是非光子晶体结构graphene-TiO2的1.8倍。光了晶体的禁带散射效应和慢光效应是产生较高光催化性能的原因。