二氧化钛由于具有优异的光响应性能,在光催化降解有机物及光电转换领域具有重要的使用价值;同时,其晶型结构和微观形貌的多样性又使其具有极大的可变性和科研性。研究二氧化钛新的形貌、发掘二氧化钛新的晶型结构、通过掺杂和复合等方式提高二氧化钛的光催化性能成为现下研究的热点和重点。本论文通过沉淀法和水热法相结合,探究了二氧化钛纳米片生成的条件,并系统地讨论了各反应条件对产品性能的影响。为了进一步提高产物的光催化性能,我们将所得产物与氧化石墨烯通过水热的方法进行还原复合,制备出二氧化钛/氧化石墨烯复合材料,并讨论了反应条件对产物光催化性能的影响以及氧化石墨烯和还原剂在复合过程中的作用,并分析探究了还原氧化石墨烯提高光催化性能的主要作用原理。本文具体研究内容如下:(1)以硫酸钛水解之后所得的Ti(OH)4为前驱体,NaOH溶液为反应介质,通过控制NaOH溶液的浓度以及水热反应时间和水热反应温度制备出片层状结构良好的层状无定型化合物,通过TEM观察分析反应时间和反应温度对产物形貌的影响;为了得到具有光催化性能的反应产物,我们通过氢离子交换结合高温煅烧的方法制备出锐钛矿型TiO2,并且分析了煅烧温度和煅烧时间对产物形貌及光催化性能的影响。实验表明,NaOH溶液的浓度影响产物的形貌,水热反应温度和水热反应时间影响TiO2纳米片的厚度和大小,在150℃,6mol/L的NaOH溶液中水热反应96h得到的产物具有最好的片层结构。煅烧温度和煅烧时间主要影响晶体的大小和晶体缺陷的多少,我们的研究表明,在400℃煅烧3h得到的产物具有最好的光催化效果。(2)为了制备二氧化钛/氧化石墨烯复合材料,我们将离子交换后干燥的产物作为前驱体与石墨烯溶液混合,在柠檬酸做还原剂的条件下进行水热复合,然后在N2保护下进行煅烧。在这个实验中,我们研究了前驱体与石墨烯的比例、还原剂的酸性、水热反应时间、水热反应温度对产物形貌及光催化性能的影响。实验结果表明,二氧化钛/氧化石墨烯复合材料的光催化性能比纯二氧化钛的提高20%以上,氧化石墨烯质量为前驱体质量的1%时得到的产物光催化效果最好。最佳反应条件为在浓度为0.1g/ml的柠檬酸溶液中80℃下水热反应8h。(3)通过上述实验,我们分析了还原氧化石墨烯的作用:氧化石墨烯与二氧化钛的还原复合一方面改变了晶体结构,在经过400℃的煅烧之后就在产物中出现金红石相,从而形成混晶结构,提升光催化性能;另一方面复合后的产物形貌发生改变,由原来规整的片状结构转变成表面粗糙的棒状结构,这样使得产物的比表面积增大很多,增强了吸附性能和光催化性能;除此之外,还原氧化石墨烯的加入使得产物的导电性能增大,促进了光生电子-空穴对的分离,增强了光生电子-空穴对的生命周期,极大地提高了氧化还原反应效率。