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光催化降解水中污染物是解决环境污染的有效方法之一，二氧化钛作为一种最具潜力的光催化剂，因其禁带较宽且光生载流子复合率高而难以实现广泛的应用。本研究成功实现了对二氧化钛纳米管阵列（TiO2NTs）的改性，将具有较强电子转移与储存能力的石墨烯作为光生电子的载体，从而有效抑制光生电子-空穴的复合。同时研究了金属、半导体对石墨烯基二氧化钛的进一步改性，更有效地提高了复合材料的光催化活性。具体研究内容如下：（1）银/石墨烯-二氧化钛体系：在TiO2NTs表面原位电沉积制备高质量的石墨烯薄膜（RGO），再通过光还原制备银纳米粒子（Ag NPs）从而获得三元复合材料。结果表明：与未修饰或单一修饰的TiO2NTs相比，Ag/RGO–TiO2的光吸收带明显发生红移且吸收强度增大，而光电流和光催化效率都是最高的。在160min后Ag/RGO–TiO2对2,4–D的去除效率为96.3%，分别是未修饰TiO2NTs、Ag–TiO2NTs及RGO–TiO2NTs的11.3、4.5和3.3倍。（2）金/石墨烯–二氧化钛体系：采用循环伏安法在TiO2NTs表面共沉积Au和RGO，获得Au纳米颗粒与RGO薄膜相间分布的层状结构。结果表明所制备的复合材料光催化能力最高，在120min内对Cr（Ⅵ）去除效率达79%（未修饰的TiO2NTs仅为40%）。而当进一步采用共同降解的方法同时光催化2,4–D和Cr（Ⅵ）时，在相同时间内几乎能实现对Cr（Ⅵ）的完全还原。（3）硫化镉/石墨烯-二氧化钛体系：一步共沉积获得CdS/RGO-TiO2，并表征了复合材料的表面形貌、晶体结构、光催化性能，且重点考查了该复合材料的光稳定性。在光催化100min后，CdS/RGO–TiO2对亚甲基蓝的去除效率几乎达100%，而CdS–TiO2为90%，继续光照到900min，CdS/RGO–TiO2对亚甲基蓝去除效率几乎无变化，而CdS–TiO2降低到75%，结果表明该体系有效解决了硫化镉系列材料光腐蚀问题，具有很高的实际应用价值。