一维TiO2纳米材料不仅纵横比高、比表面积大,而且不同形貌与尺寸的一维TiO2纳米材料对光子和电子的响应特性也各异。基于此,其应用领域较为丰富,但主要集中于光催化（光解水;光降解;CO2转换）、太阳能电池、光伏器件、锂离子电池以及超级电容器等。然而,对于一维TiO2纳米材料的实际应用（光电学性能）来说,改变其热动力学与反应动力学是两个极为重要的突破方向。一方面,通过改变其热动力学（能带结构）,不仅可以调控其对不同波长光的响应性,还能形成新的能级以满足载流子的跃迁,进而提高载流子的分离效率。另一方面,通过改变其反应动力学,不仅可以促进其对光子的吸收,还能促进其对反应物的扩散与吸附,提高表面反应活性,进而改善其在光电学应用中的性能。本工作在充分认识和理解一维TiO2纳米材料与石墨烯/零维纳米颗粒复合结构的基础上,结合当下对于两种材料研究的前沿热点问题,在一维TiO2基多相异质纳米复合材料的制备、表征、性能与应用方面进行了系统和深入的研究。首先,提出了一种物理法（离子溅射）制备石墨烯/银纳米颗粒（Graphene/AgNPs）复合结构。其次,探索了物理法制备的Graphene/AgNPs复合结构对一维TiO2纳米纤维中光生电子的调制作用。另外,基于传统一维TiO2/ZnO（氧化锌）纳米颗粒异质结材料,研究了石墨烯作为载流子桥接层对三相异质纳米复合材料中载流子分离过程与光催化性能的影响。最后,基于一维TiO2纳米线阵列,开发出了一种高光电转换效率的一维阵列TiO2/graphene/Cu Sb S2（铜锑硫）多相异质光电极材料。这些研究对一维TiO2基多相异质纳米材料以及石墨烯/零维纳米颗粒复合结构的应用发展做出了有益探索。全文共分为七章。第一章首先对该论文选题意义及重要性进行简单介绍,随后对TiO2纳米材料、一维TiO2纳米材料、石墨烯与一维TiO2/石墨烯两相纳米复合材料的基础知识以及研究现状进行介绍。综述了石墨烯/零维纳米颗粒复合结构以及一维TiO2/石墨烯/零维纳米颗粒三相异质纳米复合材料的基础知识、研究现状与进展。基于以上工作,在本章末节阐述了本研究方向的研究背景、项目来源、研究工作以及创新点。第二章对实验过程开展过程所用到的实验材料、测试方法、实验仪器等进行介绍。包括物理法（离子溅射）制备Graphene/AgNPs复合结构的实验方法;一维TiO2/graphene/AgNPs多相异质纳米纤维的制备与测试方法;一维阵列TiO2/graphene/ZnO多相异质纳米材料的制备与测试方法;一维阵列TiO2/graphene/Cu Sb S2多相异质光电极材料的制备与测试方法。此外,还介绍了相关样品的扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM、HRTEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱仪（Raman）、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）、红外光谱仪（FTIR）、光致发光荧光光谱仪（PL）等表征与测试技术。第三章主要介绍了通过一种物理法（离子溅射）制备出Graphene/AgNPs复合结构。研究发现,物理法制备的Graphene/AgNPs复合结构中石墨烯的微观结构较传统化学法制备的复合结构更为完整,银纳米颗粒平均粒径更小（10 nm）且分散性更高。其次,对影响石墨烯表面银纳米颗粒平均粒径与分散性的因素展开探讨。最后,提出了物理法制备Graphene/AgNPs复合结构的机理。第四章主要介绍了将物理法与传统化学法所制备的Graphene/AgNPs复合结构通过静电纺丝法的方式纺入TiO2纳米纤维。实验表明,这两种复合结构产生的表面等离子体效应可以降低TiO2的带隙能,从而提高TiO2纳米纤维在可见光区的光响应。将两种复合纤维进行对比,发现TiO2/graphene/AgNPs（物理法-physical）纳米纤维具有更高的光电流强度与更优异的光催化性能。研究认为Graphene/AgNPs（physical）复合结构中石墨烯表面缺陷密度更低,银纳米颗粒粒径更小（10 nm）且分散性更高,一方面提高了一维TiO2纳米线纤维中光生电子空穴的分离效率,另一方面提高了一维TiO2纳米纤维的反应活性。最后,通过对能带结构与功函数进行分析,探讨了光生载流子的分离与传输过程。第五章主要介绍了将石墨烯作为一维TiO2纳米棒阵列与ZnO纳米颗粒的载流子桥接层,合成了一维阵列TiO2/graphene/ZnO多相异质纳米材料。研究发现,桥接层形式的石墨烯为TiO2纳米棒阵列与ZnO纳米颗粒产生的光激电子提供了一条无障碍传输通道,促进了电荷的转移。此外,石墨烯还为ZnO纳米颗粒提供了大量形核位点,由此产生了对光子的界面散射效应。在这种协同作用下,一维阵列TiO2/graphene/ZnO多相异质纳米材料展现出比传统一维TiO2/ZnO纳米颗粒异质结材料更为可观的光电流强度与光催化性能。最后,基于这种特殊结构的三相异质纳米复合材料,对其能带结构与功函数进行计算,分析了光生载流子的分离与传输过程。第六章主要介绍了在一维TiO2纳米线阵列中引入了石墨烯与新型铜锑硫量子点（Cu Sb S2）以同时提高光电阳极中载流子的分离效率及其对光子的吸收,制备出了一维阵列TiO2/graphene/Cu Sb S2多相异质光电极材料。实验表明,石墨烯高功函数与高电子迁移速率特性加速了光生电子向其表面迁移,有效抑制了界面电荷的积累;而新型铜锑硫量子点（Cu Sb S2）由于尺寸极小,带隙极窄,促进了光电阳极对可见光波段光源的有效吸收。在这种协同效应下,一维阵列TiO2/graphene/Cu Sb S2多相异质光电极材料展现出极高的太阳光能转换效率与光电流密度。最后,基于这种特殊结构的三相异质纳米复合材料,对其能带结构与功函数进行计算,分析了光生载流子的分离与传输特性。第七章全文总结。最后对作者博士生期间期刊论文、学术会议、科研项目、荣誉与获奖等情况进行简单介绍,并附上致谢与作者简历。