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光阳极材料和结构在染料敏化太阳能电池(DSSC)中起到关键作用，直接影响到太阳能电池的总效率。半导体光催化技术在水处理方面具有广阔的应用前景。本论文采用不同的液相制备方法，合成了不同形貌和结构的纳米TiO2及其石墨烯复合材料，研究了它们的光伏和光催化性能。对DSSC中光阳极结构进行优化，以达到提高电池性能的目的。最后探讨了石墨烯的掺入量对太阳能电池和光催化性能的影响。本论文的主要工作可概括如下: (1)使用PEG200作为软模板，通过一步溶剂热法合成了锐钛矿型TiO2介孔微球。环境扫描电镜和场发射电镜显示这种介孔微球的直径大约为1.1μm，且其是由尺寸约为15nm的小颗粒堆积而成。介孔TiO2的微球比表面积高达137m2/g。结合一系列的表征结果，本文提出了一种介孔TiO2微球的合成机理。将TiO2介孔球和P25制备成电极应用于DSSC，由于TiO2介孔球电池具有较高的染料吸附量和光捕获能力，使得其与P25电池相比较，光电流与光电转化效率分别提高了21％和26％，相应地分别达到了12.72 mA/cm2和6.60％。 (2)为了提高TiO2微球电池的光电性能，采用两种不用的方法对其进行改进:一种是构造了双层结构的薄膜电极;另一种在薄膜电极中掺入适量的石墨烯。在双层结构电池中，底层是由TiO2纳米小颗粒制备的薄膜，用于减少膜电极与导电玻璃的接触电阻和吸收足够的染料;顶层是由TiO2微球制备的薄膜，用于增强光的吸收能力，特别是提高染料分子在长波长区的光吸收效率。在DSSC引入石墨烯主要是为了降低电子在其内部的传输阻力。研究表明通过这两种方法改进的DSSC与单纯的TiO2电池相比，其光电特性均有不同程度的提高。 (3)采用氧化石墨烯和钛酸四丁酯为原料，经二次水热反应制备了TiO2/石墨烯复合材料。详细研究了石墨烯含量对TiO2/石墨烯复合物的光电性能影响。随着加入氧化石墨烯量的增加，制备的TiO2/石墨烯在暗处吸附甲基橙能力逐渐增强，但是其光催化活性和电池性能均先增后减。当加入的氧化石墨烯的质量分数（wt=mGO/TiO2）分别为2％和0.5％时，光催化活性和电池性能分别达到了最优。