石墨烯，即具有獨(dú)特的單原子層二維晶體結(jié)構(gòu)的石墨片。石墨烯具有一系列獨(dú)特的物理性能，如良好的載流子特性，電子遷移率及完美的量子隧道效應(yīng)等。近年來(lái)的研究表明，石墨烯能有效擴(kuò)大材料對(duì)光的吸收范圍，提高光催化效率，顯示出在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用前景。因此，將石墨烯與光催化材料結(jié)合成復(fù)合材料，通過(guò)石墨烯與光催化材料之間的協(xié)同作用，提高光催化材料的光催化效率，成為一個(gè)重要的研究方向。

一，光催化降解

光催化降解可以吸附降解水中的有機(jī)污染物以及空氣中的污染氣體等，對(duì)環(huán)境治理與修復(fù)具有重要的意義。研究表明，TiO2具有光催化降解功能，而將石墨烯與TiO2制成復(fù)合材料則可提高其光催化降解效率。其原理是：1）石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，有效地引導(dǎo)激發(fā)電子，降低了空穴與電子的復(fù)合概率；2）石墨烯與Ti-O-C化學(xué)鍵相互作用，改變了TiO2原本的禁帶寬度，增大了TiO2對(duì)可見光的利用率；3）石墨烯片層結(jié)構(gòu)具有巨大的比表面積和共軛結(jié)構(gòu)，可以吸附大量污染物，為光催化反應(yīng)提供了理想的反應(yīng)位，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)表明，TiO2-石墨烯復(fù)合材料對(duì)O3具有較高的光降解效率，光催化降解率可達(dá)66%~77%，即使初始O3濃度較低，去除率也能達(dá)到45%以上。該復(fù)合光催化劑在重復(fù)使用4次后，其對(duì)O3的光催化降解率仍保持基本穩(wěn)定。

二，光催化制氫

面臨當(dāng)前化石能源的日益短缺，氫能源因其無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越引起重視，而光催化制氫，以取之不盡的太陽(yáng)能作為動(dòng)力能源自然引起關(guān)注。據(jù)報(bào)道，通過(guò)超聲磺化石墨烯片和TiO2球粒的混合液制備出片層復(fù)合材料。該復(fù)合材料在寬的pH范圍（pH=3~11）內(nèi)都有比較高的光催化制氫效率。在中性溶液中，當(dāng)石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)該復(fù)合材料具有最高的催化效率，其催化效率是純的TiO2的11倍。該復(fù)合材料之所以擁有如此高的催化效率，是因?yàn)槔�用了石墨烯的高比表面積，高光吸附效率及高電荷分離性能，同時(shí)由于石墨烯與TiO2的協(xié)同作用阻止了堿性溶液的破壞性。

三，光電轉(zhuǎn)換

光電轉(zhuǎn)換是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。石墨烯具有比表面積大，載流子遷移率高，透光率高等優(yōu)點(diǎn)，可以有效降低光激發(fā)電子空穴的復(fù)合率并且增加光的吸收范圍，從而可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。因此，有希望將石墨烯應(yīng)用到太陽(yáng)能電池中替代稀缺的銦資源，從而更好地利用太陽(yáng)這一巨大的能源庫(kù)。實(shí)驗(yàn)表明，石墨烯-ZnS復(fù)合材料比純的ZnS具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。據(jù)報(bào)道，通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備8層TiO2薄膜太陽(yáng)能電池，在加入一定量的石墨烯之后，該太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從5.52%提高到6.49%。另?yè)?jù)報(bào)道，將石墨烯與Cu2ZnSnS4復(fù)合之后再應(yīng)用到太陽(yáng)能電池中，其光電轉(zhuǎn)換效率比單純Cu2ZnSnS4有明顯的提高，從4.77%提高到7.81%。