作为一种应用最为广泛的光催化剂材料，TiO₂在环境污染治理和太阳能利用等方面扮演了重要角色。目前，在TiO₂的制备等方面已经有了很大的突破，但由于其禁带宽度为3.2 eV（锐钛矿，Anatase）, 只能吸收波长小于387nm的紫外光，光催化效率很低。因此，很多科学家都将研究的重点集中在TiO₂的可见光改性和提高催化效率上。这其中，碳纳米材料由于其独特的物理化学性能，使得其与TiO₂复合材料的光催化性能研究成为一个热门方向。相比于碳纳米管、富勒烯等碳纳米材料，石墨烯表现出更为优异的电输运性能、机械性能和表面化学性能，这使得其复合材料在光催化过程中的吸附效率、光生载流子的分离效率以及光催化效率得到极大的提高。因此，石墨烯与TiO₂等传统半导体光催化材料的复合可能是极为理想的新型光催化剂。目前，制备石墨烯与TiO₂复合光催化剂的方法主要有水热法和溶胶凝胶法，这类化学复合方法使得石墨烯与TiO₂直接形成良好的肖脱基接触，从而很好的阻止了光生电子空穴对的体内复合问题，使得光催化性能得到明显改善。

武汉大学物理科学与技术学院材料物理系潘春旭教授研究组，近几年在国家重大科学研究计划“973”项目的资助下，在石墨烯方向的研究主要集中在石墨烯的制备及其在光催化领域的应用。最近，该课题组在热处理还原氧化石墨烯的过程中加入TiO₂ (P25) 纳米颗粒，使得石墨烯在还原过程中与TiO₂纳米颗粒复合，并测试了石墨烯/TiO₂纳米复合材料的可见光催化性能 [Journal of Materials Science, 46, 2010, 2622-2626]，研究发现，1）在石墨烯氧化物还原热处理过程中，石墨烯氧化物表面的官能团（-OH, -COOH等）发生断裂，此时，石墨烯中碳原子表面形成的л电子并不能完全与其它л电子成键形成离域大л键，部分未成键的л电子会与TiO₂表面自由电子成键，形成Ti-O-C键，从而提高了TiO₂的价带高度，缩小其禁带宽度，使得UV-Vis漫反射谱的吸收谱线红移，增加了可见光吸收效率。2）石墨烯具有良好的电输运性能，在石墨烯/TiO₂复合体系中，石墨烯的引入提高了电子的传导效率，使得TiO₂表面的光生载流子转移到石墨烯表面，从而降低了TiO₂中电子空穴对的复合效率，提高了光催化效率。3) 石墨烯具有极大的比表面积和很强的吸附能力。待降解分子可大量吸附在石墨烯表面，同转移在石墨烯表面的光生载流子反应。因此，在复合体系中，石墨烯可作为光催化反应的载体，大大提高光催化反应的效率。

    这项工作采用新方法制备出石墨烯/TiO2复合光催化材料，使得碳元素以复合和掺杂两种方式存在于光催化剂中，极大的提高了TiO2的可见光催化活性。因而拓展了石墨烯在光催化领域的应用范围，并对光催化材料的实际应用起到了推动作用。该论文发表不到半年已经被他引8次。

这项工作得到了国家重大科学研究计划“973”项目的资助。

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“TiO2/graphene composite from thermal reaction of graphene oxide and its photocatalytic activity in visible light”

图1： TiO2/石墨烯复合材料结构形貌表征。（a）XRD，（b）和（c）HRTEM，（d）FTIR谱

图2：TiO2/石墨烯复合材料的XPS谱图。（a）纵览图，（b）C 1s谱

图3：光催化实验结果。（a）漫反射谱，（b）能带计算图，（c）光生电流曲线，（d）可见光降解曲线。