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能源与环境危机是本世纪全球面临和亟待解决的共同难题，光催化分解水制氢技术为解决该难题提供了一种经济、绿色的方案。经过四十多年的发展，人们相继报道了140多种可用于光催化制氢的半导体光催化剂。然而，这些半导体材料由于光生载流子的复合快，或者光吸收率低，或者需要贵金属助催化剂负载等，产氢效率和成本无法满足现实的工业化生产。随着纳米科技的迅猛发展，具有出色的导电性、良好透光性和优异稳定性的新型二维碳纳米材料—石墨烯在光分解水制氢方面表现出了极大的潜力，吸引了国内外的广泛关注。尽管已被证明可显著地提高传统半导体的光催化制氢性能，但带隙被打开的石墨烯材料在光解水制氢方面的应用以及石墨烯基半导体光催化剂的催化机理还有待进一步研究。石墨烯量子点和化学修饰的氧化石墨烯是两种帯隙被打开的石墨烯材料。因此，本文以可见光响应的硫化镉半导体作为基础，研究了石墨烯量子点在复合物光解水制氢中的作用，并系统研究了石墨烯-硫化镉异质结光催化剂的制氢机制。本论文的主要工作及结果如下： 1.利用溶剂热法合成了石墨烯量子点，并系统研究了其光学性质。结果表明，所合成石墨烯量子点的尺寸在3 nm左右。量子点的光致发光光谱中存在两个较明显的发射峰，高斯拟合结果显示其可分为峰位分别在394 nm，434 nm和496 nm的三个子峰。进一步讨论了激发波长和pH值对其光致发光性质的影响，分析得到了一种可能的石墨烯量子点光致发光机理。此外，添加紫外滤光片的荧光发射实验表明，石墨烯量子点在氙灯光源激发下并没有荧光上转换性质。 2.以合成的石墨烯量子点为原料，设计并制备了石墨烯量子点/硫化镉复合物光催化剂，最初希望利用石墨烯量子点的上转换性能将硫化镉的光吸收范围扩展至近红外区。然而，实验结果证明：制备的石墨烯量子点在氙灯激发下并没有上转换性能，但由于石墨烯量子点是优良的电子导体，促进了硫化镉中光生载流子的分离，使石墨烯量子点/硫化镉复合物的光催化制氢速率相对于硫化镉提高了约2倍。 3.合成了不同还原氧化石墨烯含量的石墨烯/硫化镉复合光催化剂。SEM、TEM和Raman等数据表明，硫化镉紧密地生长在还原氧化石墨烯片上。不同还原氧化石墨烯含量的复合物的光催化制氢实验表明，还原氧化石墨烯和硫化镉的质量比为1 wt％，复合物可达到最高制氢速率28.33μmol·h-1。进一步的光电化学分析表明，光催化活性的提高主要由于石墨烯和硫化镉之间形成了p-n异质结，促进了光生载流子的分离，增加了载流子的寿命，因此提高了光催化制氢性能。