TiO₂因其独特的物理和化学性能受到研究者的大量关注,本文利用石墨烯（RGO）以及石墨相氮化碳/石墨烯（g-C₃N₄/RGO）对TiO₂材料进行一系列改性,并将其分别用于选择性有机合成及钠离子电池领域。在选择性有机合成领域本文使用微波辅助加热催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛（5-HMF）来测试材料的催化性能。本文采用改进的hummers法和高温煅烧尿素分别获得氧化石墨（GO）及g-C₃N₄,并以GO、P25TiO₂以及g-C₃N₄为原料采用水热法分别制备了不同石墨烯含量的钛酸纳米管/石墨烯（H₂Ti₃O₇NT/RGO）、TiO₂纳米管/石墨烯（TiO₂NT/RGO）复合材料以及不同g-C₃N₄掺杂量的TiO₂NT/g-C₃N₄/RGO三元复合材料来研究果糖脱水反应,探究了微波反应温度及时间、石墨烯含量、催化剂用量、g-C₃N₄掺杂量对5-HMF收率的影响并对其重复使用性能进行测试。研究结果表明:H₂Ti₃O₇NT/RGO、TiO₂NT/RGO以及TiO₂NT/g-C₃N₄/RGO复合材料可以用作微波辅助转化碳水化合物制备5-HMF的催化剂。H₂Ti₃O₇NT/RGO复合材料催化果糖脱水制备5-HMF的最佳反应条件为:石墨烯含量为5%,反应温度为150℃,反应时间为9min,H₂Ti₃O₇NT/RGO复合材料用量为50mg,利用RGO和H₂Ti₃O₇NT的协同作用,5-HMF收率可达到51.1%,并且该催化剂具有良好的重复使用性能,重复使用三次5-HMF收率基本保持不变。而TiO₂NT/RGO复合材料催化果糖脱水制备5-HMF的最佳反应条件为:石墨烯含量为5%,反应温度为160℃,反应时间为13min,TiO₂NT/RGO复合材料用量为50mg,利用RGO和TiO₂NT的协同作用,5-HMF收率可达到61.1%,并且该催化剂具有良好的重复使用性能,重复使用三次5-HMF收率无明显下降。另外研究了不同g-C₃N₄掺杂量的TiO₂NT/g-C₃N₄/RGO三元复合材料对于果糖脱水制备5-HMF的影响,结果表明不同g-C₃N₄掺杂量的TiO₂NT/g-C₃N₄/RGO三元纳米复合材料一定程度上可以提升5-HMF的产率,经优化g-C₃N₄的最佳掺杂量为2%,此时5-HMF收率最大可以达到67.2%。在钠离子电池的电性能研究方面,本文分别以TiO₂NT、TiO₂NT/RGO、TiO₂NT/g-C₃N₄/RGO以及Na₂Ti₃O₇NT、Na₂Ti₃O₇NT/RGO、Na₂Ti₃O₇NT/g-C₃N₄/RGO作为钠离子电池负极材料并研究了掺杂RGO、掺杂g-C₃N₄/RGO对于TiO₂NT、Na₂Ti₃O₇NT电化学性能的影响。同TiO₂NT、Na₂Ti₃O₇NT相比,TiO₂NT/RGO、TiO₂NT/g-C₃N₄/RGO、Na₂Ti₃O₇NT/RGO、Na₂Ti₃O₇NT/g-C₃N₄/RGO电极材料的储钠能力都有所提升,而且TiO₂NT/g-C₃N₄/RGO和Na₂Ti₃O₇NT/g-C₃N₄/RGO复合电极材料具有最佳的储钠性能,具体表现在:TiO₂NT/g-C₃N₄/RGO复合电极材料在0.1 A g^-1的电流密度下,首次放电容量为772.7 mAh g^-1且在循环244次后容量仍保持在138.5mAh g^-1,即使把电流密度增加到2 A g^-1时,复合电极材料的平均放电比容量仍可保持在78.6 mAh g^-1。同样Na₂Ti₃O₇NT/g-C₃N₄/RGO复合电极材料在0.1 A g^-1的电流密度下,首次放电容量达到757.8 mAh g^-1且在344次循环后容量仍可以保持在205 mAh g^-1,当把电流密度增加到2 A g^-1时,复合电极材料的平均放电比容量仍可保持在104.7mAh g^-1。这两种材料都表现出优异的倍率性能和循环稳定性。