在紫外光照射下，二氧化钛可以分解水溶液中难降解、有毒有害的污染物已经成为一种共识，并且因为二氧化钛具有廉价、无毒及不会产生二次污染等特性，使其受到了最广泛的应用和研究探索。为了提高二氧化钛的光催化降解性能，前人的研究主要有：1、暴露锐钛矿二氧化钛的001高能面；2、耦合WO3等半导体；3、沉积Au、Ag等金属；4、掺杂金属或者非金属改性；5、应用有机/无机表面敏化，等等。并且这些工作主要集中在抑制由光激发产生的空穴和电子的复合。而一个光催化反应的过程，催化剂对降解目标物质的吸附也是一个重要的因素。进年来出现的石墨烯在导电，吸附等方面都具有很好的特性。研究者们对石墨烯二氧化钛复合物赋予很大关注，也取得了很多研究成果。本文把石墨烯二氧化钛复合材料作为研究的对象，在实验过程中设计了把从纳米片状结构到微米球形结构变化的二氧化钛分别与氧掺杂的石墨烯和氮掺杂的石墨烯进行复合。实验中并对所得的复合材料进行结构表征以及光催化性能的研究。从实验的最终结果得出，当二氧化钛与石墨烯复合情况更好时，石墨烯对二氧化钛起到更好的电子传递作用来增强催化剂的光催化性能。我们主要在以下几个方面做了研究：(1)以石墨粉，浓硫酸，浓硝酸，高锰酸钾，双氧水，氨水等廉价原料制备了轻度氧掺杂的石墨烯，深度氧掺杂的石墨烯以及氮掺杂的石墨烯。最后使用TEM，SEM，XRD，XPS，IR等对它们进行形貌和结构性质表征。(2)以钛酸丁酯，醋酸，双氧水等原料，制备了纳米片以及小球型的二氧化钛；以硫酸氧钛，尿素，氟化铵等原料制备了微米的球形二氧化钛，并与深度氧掺杂的石墨烯反应得到目标复合材料。利用SEM，TEM，HRTEM，XRD，XPS，IR，UV-Vis等表征得到的二氧化钛和石墨烯二氧化钛复合材料。制备得到的二氧化钛全部都是锐钛矿型结构，结晶程度好，跟石墨烯复合时效果很显著，并且实验过程中使用浓硫酸处理催化剂起到关键作用。并且还研究了它们的光催化性能，结果表明石墨烯的负载量控制在一定的情况下，复合材料的光催化性能要比纯的二氧化钛提高许多。(3)把纳米颗粒和微米颗粒的二氧化钛与氮掺杂的石墨烯进行复合。同样采用SEM，TEM，HRTEM，XRD，XPS，IR，UV-Vis等表征得到的石墨烯二氧化钛复合材料。在催化活性的研究中，发现石墨烯经过掺杂氮原子之后，这种复合材料的光催化性能又提高了许多，达到我们实验预期的目的。本章实验中只是采用普通的水热反应，说明氮原子掺杂在石墨烯上后可以很好地改善功能化的氧掺杂石墨烯的性质。