石墨烯/TiO2复合材料光催化降解有机污染物的研究进展

刘　芳，樊丰涛，吕玉翠，张　双，赵朝成

（中国石油大学（华东）化学工程学院，山东 青岛 266580）



石墨烯/TiO2复合材料光催化降解有机污染物的研究进展

刘芳，樊丰涛，吕玉翠，张双，赵朝成

（中国石油大学（华东）化学工程学院，山东 青岛 266580）

石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有超大的比表面积和优良的导电性能，将石墨烯与TiO2复合可显著提高复合材料的光催化性能，在光催化领域具有广泛的应用前景。主要介绍了石墨烯/TiO2复合纳米材料的制备方法以及在光催化降解有机污染物方面的应用，并分析了石墨烯/TiO2复合材料促进光催化机理，最后对石墨烯/TiO2复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望。

石墨烯；TiO2；光催化；纳米材料；降解；有机污染物；催化剂

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151581

石墨烯（graphene）是一种由单原子层的碳原子经过sp2杂化后以六边形排列形成的蜂窝状二维碳质新材料［9］，其单层厚度只有0.335 nm，是构建其他碳质材料如富勒烯、碳纳米管（CNTs）、石墨的基本结构单元。与富勒烯和CNTs相比，石墨烯具有更为优异的导电性能［10］（室温下电子迁移率高达2×105cm2·V-1·s-1）、力学性能［11］（1060 GPa）、导热性能［12］（3000 W·m-1·K-1），此外石墨烯还具有较大的比表面积［13］（理论值约为2630 m2·g-1），因而可成为性能更为优异的催化剂载体材料。将石墨烯与TiO2结合制备石墨烯/TiO2复合光催化剂，可凭借石墨烯优异的电子传输性能及超大的比表面积等特性，显著提高光催化的效率，能够有效解决光催化反应中的瓶颈问题。本文详细介绍了石墨烯/TiO2复合光催化材料的制备方法，分析了石墨烯增强光催化作用的机理并总结了近年来在光催化降解有机污染物方面的研究现状和发展前景。

1　石墨烯/TiO2复合材料的制备

1.1石墨烯的制备方法

石墨烯最早是在2004年由英国Manchester大学物理学教授Geim等［14］通过微机械剥离法制得的。这种方法制备的石墨烯质量很高但生产效率极低，不能满足工业化需求。随着石墨烯制备技术的迅速发展，研究者又开发出众多制备石墨烯的方法，其中应用比较广泛的有外延生长法［15］、化学气相沉淀CVD法［16］和氧化石墨还原法［17］等。其中氧化石墨还原法可以通过相对简单的过程大量高效地制备出质量较高的石墨烯，是目前大规模制备石墨烯唯一有效的途径［18］，制备流程如图1所示。该种方法主要是先将石墨粉均匀分散在浓硫酸、浓硝酸等强氧化性混合酸中，加入高锰酸钾等氧化剂得到氧化石墨，氧化过程即在石墨层间穿插一些羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，从而加大了石墨层间距，再经过超声处理得到氧化石墨烯（GO），然后通过水合肼等强还原剂还原或是通过热剥离还原、电化学还原等方法得到还原的氧化石墨烯（RGO）。

图1　氧化石墨还原法制备石墨烯路线示意图Fig.1　Route to synthesize graphene via reduction of graphene oxide

氧化石墨还原法是目前制备石墨烯最为简单有效的方法，但此方法和机械剥离法、化学气相沉淀CVD等方法相比制备的石墨烯纯度不够高，虽然在还原过程中氧化石墨烯表面大部分的含氧官能团能够得到还原，但制备的石墨烯依然保留少量的含氧官能团，因而通过氧化石墨还原法制备的石墨烯被称为还原的氧化石墨烯（RGO）或功能型石墨烯。现在文献中对通过氧化石墨还原法制得的石墨烯与TiO2结合制备的复合材料的叫法不一，有的文献中称其为RGO/TiO2，而有些则直接称其为GR/TiO2，本文统一将通过氧化石墨还原法制得的石墨烯与TiO2结合制备的复合材料称为RGO/ TiO2，而用其他方法制备较高纯度的石墨烯与TiO2结合制备的复合材料称为GR/TiO2。

1.2石墨烯/TiO2复合材料的制备方法

石墨烯/TiO2复合光催化剂最早是在2008年由Williams等［19］采用紫外光照射还原石墨烯的方法制得的。目前，石墨烯/TiO2复合材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、原位生长法等。无论哪种方法，其基本原理都是将二氧化钛或者是通过钛的前体的水解作用将二氧化钛纳米粒子生长在氧化石墨烯的表面，然后通过化学还原、热还原等方法将氧化石墨烯还原为石墨烯并得到石墨烯/TiO2复合材料。

1.2.1溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法通常是将钛的前体如钛醇盐（钛酸四丁酯）或钛的无机盐（四氯化钛）与氧化石墨烯溶液混合并搅拌均匀，氧化石墨烯通过氢键作用力与钛的前体结合并发生缩合、聚合反应最终形成具有Ti-O-Ti三维网络结构的凝胶，然后经干燥焙烧研磨后得到石墨烯/TiO2复合材料。溶胶-凝胶法与其他方法相比，工艺成熟，石墨烯易掺杂并且制备成本较低，制得的复合材料纯度较高，但是也存在着制备周期较长，焙烧过程中石墨烯易团聚等不足。在溶胶-凝胶法制备过程中，氧化石墨烯的制备方法、石墨烯的掺杂量、焙烧温度等因素对复合材料的光催化性能都有较大的影响。通过改进的Hummers法制备的氧化石墨烯，氧化程度较高，能够促进光催化反应［20］。石墨烯的加入提高了复合材料的光催化性能，但过量加入则会使起主要催化作用的TiO2的催化效率受到影响，导致复合材料的光催化效率降低［21］。还原的氧化石墨烯与氧化石墨烯相比，导电性能更强，因而焙烧时随着温度的上升，氧化石墨烯的还原程度增大，复合材料的导电性能增强，光催化活性得到提高，但温度过高会导致样品的烧蚀［22］，因此焙烧温度一般控制在550℃以下。

陈春明等［23］采用溶胶-凝胶法制备GO/TiO2复合材料，并进一步对其进行热处理使GO还原制得性能优异的RGO/TiO2复合材料。以光催化降解甲基橙为研究对象，考察了焙烧温度、石墨烯的复合量对复合材料的光催化性能的影响。结果表明，焙烧温度控制在500℃，石墨烯掺杂量为3%（质量）时制备的RGO/TiO2复合光催化材料主晶相为锐钛矿型TiO2，且导电性能最佳，表现的光催化性能最好，对甲基橙的降解效率明显高于相同条件下的单一锐钛矿型TiO2。耿静漪等［24］采用溶胶-凝胶法制备RGO/TiO2复合材料用于光催化降解亚甲基蓝和罗丹明B，并研究比较了简单的混合法制备的RGO/TiO2复合材料和GO/TiO2经硼氢化钠还原后制备的RGO/TiO2复合材料的光催化降解性能。结果表明，在GO/TiO2经硼氢化钠还原过程中，保留下来的羧酸官能团与TiO2表面的羟基发生相互作用形成Ti—O—C化学键，增强了RGO-TiO2之间的电子传输作用，因而GO/TiO2经硼氢化钠还原制备的RGO/TiO2复合材料与简单地将RGO和TiO2混合制备的复合材料相比光催化降解性能有一定程度的提高。

1.2.2水热法水热法是制备石墨烯/TiO2复合材料常用的方法，它是将石墨烯的氧化物与钛酸四丁酯等钛源按一定比例混合均匀后移入高压水热釜等密闭反应容器中，在高温高压的条件下，氧化石墨烯被还原成石墨烯的同时，一步得到石墨烯/TiO2复合光催化剂。水热法制备过程中，并不需要对复合材料进行高温焙烧处理，很好地避免了石墨烯易团聚的问题，并且制备的复合材料结晶度良好、产物纯度较高。裴福云等［25］以曙红、GO和TiO2为原料通过水热法制备曙红敏化的RGO/TiO2复合材料，紫外漫反射光谱分析发现复合材料的带隙由3.25 eV降低到2.75 eV，扩展了光的吸收范围，并且制备的复合材料的光催化活性也得到了明显的提高。Khalid等［26］采用简单的水热法合成RGO/TiO2复合材料，石墨烯的加入将复合材料的光谱响应范围拓展至可见光区，提高了对可见光的利用率，且复合材料的光催化活性得到显著增强，在可见光条件下，对甲基橙的降解率明显高于纯TiO2。Zhao等［27］以氧化石墨烯和钛酸四丁酯为原料通过水热法合成了RGO/TiO2复合光催化剂，并以亚甲基蓝为目标物，评价了RGO/TiO2复合材料的光催化性能。结果表明，RGO/TiO2的光催化降解能力显著高于纯TiO2颗粒，且复合材料的稳定性有所提高。

1.2.3原位生长法原位生长法也是制备石墨烯/ TiO2复合光催化剂广泛采用的方法之一，该方法是将TiO2的前体与氧化石墨烯复合，通过控制前体的水解，以氧化石墨烯上的含氧基团为结晶位点，使TiO2纳米粒子在氧化石墨烯上长出晶核，并逐渐长大，再将氧化石墨烯还原，最后得到石墨烯/TiO2复合光催化剂。Liang等［28］以GO和钛酸丁酯为原料通过原位生长法制备RGO/TiO2复合材料。首先钛酸丁酯在GO表面发生水解作用生成无定形TiO2纳米粒子，然后再经过水热反应结晶成为锐钛矿型TiO2，与此同时GO得到还原，最终制得RGO/TiO2复合材料。

除了上述常见的3种方法外，还有一些方法也可以实现石墨烯/TiO2复合材料的制备，如自组装法［29-30］、原子层沉积法［31］等，然而受到制备的成本及技术条件的限制，这些方法在实际合成中应用较少。

2　光催化促进机理

石墨烯/TiO2复合材料与纯TiO2相比由于石墨烯的加入使得复合材料的光催化活性显著提高，在光催化降解有机污染物方面具有广泛的应用前景。现在普遍认为石墨烯/TiO2复合材料光催化降解有机污染物的机理为：当TiO2被能量等于或大于带隙能的光（hv≥Eg）照射时，TiO2价带（VB）上的电子吸收光子的能量后跃迁至高能导带（CB），价带上形成相应的空穴，从而产生光生电子（e-）-空穴（h+）对。这些电子和空穴能够与吸附在TiO2粒子表面的OH或O2等发生反应生成·OH和O2-等自由基，这些自由基具有很高的活性，可将被吸附的有机污染物催化降解为CO2、H2O等无毒无害的小分子物质［32］。但这些光生电子、空穴很不稳定，很容易在TiO2粒子内部或表面发生复合，使催化活性降低。当把石墨烯引入光催化体系中，可凭借石墨烯高载流子迁移率（2×105cm2·V-1·s-1）的特性快速将激发电子迁移到石墨烯片层结构中，而不是积累在TiO2表面，有效抑制光生电子-空穴对的复合，可以生成更多的高活性自由基，显著提高TiO2的光催化活性。Kamat等［33-34］通过对TiO2光催化还原GO制备RGO/TiO2复合材料的过程进行瞬态吸收光谱的研究验证石墨烯转移光生电子的作用。研究表明，随着石墨烯加入量的增多，被TiO2表面的Ti4+缺陷位捕获的光生电子量不断减少，这部分减少的光生电子显然是被转移至石墨烯表面，证实了石墨烯的光生电子传递作用，并且他们还通过研究光生电子的逐步迁移过程进一步证实了石墨烯作为电子受体促进光生电子-空穴对分离的作用。石墨烯与TiO2复合时，石墨烯中未成对的π电子可与TiO2中的Ti原子发生一定程度的化学作用形成Ti—C或Ti—O—C掺杂化学键［35］，形成掺杂能级，使TiO2的禁带宽度变窄，发生一定的红移，扩展对可见光的响应，增加了可见光的利用率。此外，石墨烯独特的单原子层二维平面结构和表面拥有大量的π电子可与含芳环污染物分子发生π-π键共轭作用［36］，能够吸附更多的污染物分子，从而提高光催化降解效率。图2为石墨烯/TiO2复合材料光催化促进机理示意图。

图2　石墨烯/TiO2复合材料光催化促进机理示意图Fig.2　Photocatalytic mechanism of graphene /TiO2composites

3　石墨烯/TiO2复合材料的光催化降解性能

石墨烯/TiO2复合光催化剂对废水以及空气中的污染物都有较好的催化降解效果，尤其是对亚甲基蓝［37］、罗丹明B［38］、甲基橙［39］、2，4-二氯苯氧乙酸［40］等有机污染物，可完全矿化为H2O和CO2等小分子物质。Zhang等［41］采用简单的一步水热法合成RGO/TiO2复合材料用于光催化降解亚甲基蓝（MB）。石墨烯与TiO2复合可使复合材料的光吸收范围扩展到可见光区域，在可见光条件下依然具有较高的光催化活性。并且石墨烯的苯环结构与亚甲基蓝分子存在较强的π-π键作用，可吸附更多的亚甲基蓝分子，并充分扩散到石墨烯和TiO2的表面。此外，石墨烯充当电子受体，加速电子从TiO2界面转移，显著提高光量子效率。因而，RGO/TiO2复合材料的光催化活性明显高于纯TiO2，并且石墨烯拥有比碳纳米管（CNTs）更为优异的导电性质［42-43］，电子迁移能力更强，能更有效地促进光生电子-空穴对的分离，以其作为载体制备的RGO/TiO2复合材料的光催化活性也明显高于相同碳含量的CNTs/TiO2复合材料，对废水中的MB具有较高的降解效率，RGO/TiO2复合材料对MB的降解机理如图3所示。Chen等［39］以TiCl3和GO为起始原料采用自组装法制备具有p/n异质结的GO/TiO2复合材料用于催化降解甲基橙。p/n异质结的形成不仅能够有效促进光生电子的转移分离，显著提高复合材料的光催化活性，并能使复合材料被波长大于510nm的可见光所激发，扩展对可见光的响应，在可见光照下，对甲基橙表现出较高的降解效率。Li等［44］制备RGO/TiO2复合材料用于光催化降解双酚A。石墨烯的加入使复合材料的光催化活性得到显著的提高，同时也增加了复合材料对污染物的吸附能力。在紫外光照射下，RGO/TiO2复合材料对双酚A的光催化降解速率是纯TiO2的2.93倍。

图3　RGO/TiO2复合材料对MB的降解机理示意图Fig.3　Photodegradation of MB by RGO/TiO2under UV and visible irradiation

在石墨烯/TiO2复合材料的制备过程中，不同尺寸的氧化石墨烯能够与TiO2颗粒复合制备结构不同的复合材料。几十纳米尺寸的GO与尺寸范围在几百纳米甚至是几微米的GO相比，表面及边缘含有更多的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，因而具有更强的亲水性能，在溶液中的分散性能更好。这些GO可以通过含氧官能团与TiO2纳米颗粒之间发生相互作用形成新型核-壳式结构的石墨烯/TiO2复合材料（r-NGOT），该结构与TiO2负载在片状石墨烯上的结构（r-LGOT）相比，可以增大石墨烯与TiO2直接接触面积，加快电子转移，显著降低光生电子-空穴对的复合概率，显示出更高的光催化活性［45］，两种不同结构的复合材料制备过程如图4所示。对于核-壳结构的复合材料，石墨烯负载在TiO2颗粒表面，起到了加速电子转移的作用，因而复合材料具有更高的光催化活性，但是石墨烯不是负载得越多其复合材料的光催化性能就越好。Wang等［21］通过水热法合成石墨烯包裹TiO2纳米颗粒的核-壳式复合材料用于光催化降解空气中的丙酮，并考察了石墨烯的负载量对复合材料的光催化降解性能的影响。结果表明，负载量过多会引起石墨烯对光的吸收作用增强从而使起主要催化作用的TiO2对光的吸收作用减弱，使复合材料的光催化降解效率降低。如图5所示，石墨烯负载量过多时，TiO2对光的利用率会有所降低，产生的光生电子量减少，使得复合材料的光催化活性减弱。通过比较不同石墨烯负载量对复合材料光催化活性的影响，确定最佳负载量为0.05%（质量），在该条件下石墨烯/TiO2复合材料的光催化活性最高，对丙酮的光催化降解率是纯TiO2的1.7倍。

图4　r-NGOT和r-LGOT的制备过程示意图Fig. 4　Illustration of preparation procedure of r-NGOT and r-LGOT

为了增强核-壳式复合材料中石墨烯与TiO2颗粒之间的相互作用，使石墨烯包裹得更加紧密，可以对TiO2进行表面改性。Lee等［35］利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对TiO2颗粒进行表面修饰，使TiO2表面引入带正电的氨基官能团，而GO表面的含氧官能团是带负电的，GO与改性的TiO2颗粒之间由于静电引力作用，紧密结合在一起。以此方法制得的石墨烯/TiO2核-壳式复合材料具有更高的光催化活性，禁带宽度也有所降低，在可见光照射下，对亚甲基蓝的降解效率远高于r-LGOT和TiO2。

图5　石墨烯的负载量对光催化活性影响机理示意图Fig.5　Effect of different graphene loading on photocatalytic activity

不同形貌的TiO2与石墨烯复合，其光催化活性会有较大差异。与TiO2纳米颗粒相比，TiO2纳米管（TNT）与石墨烯复合后光催化活性会有所增加，对污染物表现出更强的降解性能。Zhou等［46］采用水热法制备RGO/TNT复合材料用于光催化降解MB。研究表明，TiO2纳米管与TiO2纳米颗粒相比与RGO的接触性能更好，能够更加有效地促进光生电子转移至石墨烯表面，更好地抑制光生电子-空穴对的复合，因而表现出更强的光催化活性。RGO/TNT复合材料对MB的光催化降解率要优于RGO/TiO2纳米颗粒，催化降解机理如图6所示。除此之外，将TiO2薄膜与石墨烯复合制备RGO-TiO2膜复合材料，光催化性能也能得到显著增强。Du等［47］将石墨烯包裹到三维介孔TiO2薄膜中，合成出高度有序大孔-介孔RGO-TiO2膜复合材料。TiO2薄膜具有较大的比表面积，能够有效提高膜内污染物质的传输能力以及激发电子的转移效率，因而RGO-TiO2膜复合材料显示出更强的光催化活性，在紫外光照下，对亚甲基蓝的降解速率是大孔-介孔TiO2膜的1.6倍。

在石墨烯/TiO2混合体系中，引入第3种物质合成石墨烯/TiO2/其他掺杂物的三元复合材料，可以利用掺杂物的性质，增强三组分的协同效应，提高复合材料的光催化性能，增加对污染物的降解效率［48］。Khalid等［49］采用水热法制备了具有Fe掺杂的石墨烯/TiO2复合材料，Fe的掺杂不仅使催化剂的禁带宽度变窄，进一步扩展了对可见光的响应而且能更有效促进激发电子-空穴对的分离。用于光催化降解亚甲基蓝时，RGO/TiO2/Fe三元复合材料比RGO/TiO2、TiO2表现出更高的光催化降解效率。如表1所示，加入其他掺杂物如Cu2O、Ag、SiO2等制备三元复合材料同样可以提高石墨烯分离电荷的能力及扩展复合材料对可见光的响应，从而使三元复合材料表现出比纯TiO2和相应的二元复合体系更高的光催化活性。

图6　RGO/TNT复合材料对MB的降解机理示意图Fig.6　Photodegradation of MB by RGO/TNT under UV and visible irradiation

Li等［50］研究将磁性材料Fe3O4与石墨烯/TiO2复合制备RGO/TiO2/Fe3O4三元复合材料用于光催化降解亚甲基蓝。此材料不仅具有上述三元复合材料的优势，对亚甲基蓝降解速率高于RGO/TiO2，而且加入的Fe3O4磁性材料可使复合光催化剂在外加磁力的条件下即可实现分离，使催化剂的分离回收变得更加简单容易，在废水光催化降解领域更具应用价值，RGO/TiO2/Fe3O4三元复合光催化剂的制备及磁分离过程如图7所示。

石墨烯/TiO2复合材料不仅能将废水中的有机污染物催化降解为H2O和CO2，对空气中如甲醛［59］、甲苯［60］等易挥发性有机污染物同样具有较好的降解效果。Jo［60］采用化学混合法制备RGO/TiO2复合材料用于光催化降解有毒废气——甲苯。因石墨烯具有较大的比表面积并且表面拥有较多的π电子可以和甲苯分子发生π-π键共轭作用，能够吸附更多的甲苯分子，并且石墨烯的掺杂能显著提高复合材料的光催化活性。在可见光条件下，RGO/TiO2复合材料对甲苯的降解率远高于纯TiO2。

表1　R石墨烯/TiO2/其他掺杂物三元复合材料对有机污染物的光催化降解率Table 1 Photocatalytic degradation rate of organic compounds by graphene/TiO2/dopants composites

图7　RGO/TiO2/Fe3O4三元复合光催化剂的制备及磁分离示意图Fig.7　Preparation of RGO/TiO2/Fe3O4composite photocatalyst and magnetic separation process

4　结　语

利用石墨烯优异的导电性、高比表面积及特殊的单原子层二维平面结构等特性与TiO2复合制备新型复合光催化剂，不仅可以增大对污染物分子的吸附能力，而且石墨烯/TiO2复合材料能够有效促进光生电子-空穴对的分离，提高光催化量子效率以及拓宽TiO2的光吸收范围，提高对可见光的利用率，在光催化降解有机污染物方面具有广阔的应用前景。然而石墨烯/TiO2复合光催化剂仍处于发展的早期阶段，要达到实际应用水平，还需对以下3个方面进行更深入的研究：① 在石墨烯/TiO2复合材料光催化降解机理方面，目前的理论基本上是从光催化反应的实验结果对比中推测的，缺乏强有力的实验证据，因此对于石墨烯/TiO2复合材料对光催化活性的影响还需要进行深入的研究；② 在石墨烯/ TiO2复合材料的制备方面，目前石墨烯与TiO2复合时不可避免地会对石墨烯共轭结构造成破坏，导致石墨烯的导电性能降低，并且两者之间的相互作用力较弱，不能有效发挥协同作用，因此，对石墨烯、TiO2的复合方法还需要做更深入的研究，探索出既可以不破坏石墨烯的结构又能使两者更好结合的新方法；③目前研究利用石墨烯/TiO2复合材料光催化降解的污染物大多数是有机染料，对光催化降解其他种类的污染物还需进一步的研究，以扩大其应用范围。

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Research progress on photocatalytic degradation of organic pollutants by graphene/TiO2composite materials

LIU Fang， FAN Fengtao， LÜ Yucui， ZHANG Shuang， ZHAO Chaocheng
（College of Chemical Engineering， China University of Petroleum， Qingdao 266580， Shandong， China）

Graphene is a new kind of carbon nano-materials with a large specific surface area and excellent electrical conductivity. When it is incorporated into TiO2semiconductor to form a composite materials， TiO2photocatalytic performance could be greatly enhanced and the composite has extensive application prospect in the field of photocatalysis. Graphene in titanium dioxide/graphene nanocomposites can promote effectively separation of electron and hole， and enhance the absorption efficiency of TiO2surface for organic pollutions in certain extent. In this review， the preparation methods of graphene /TiO2composite nanomaterials and their application in photocatalytic degradation of organic pollutants are reviewed. And the mechanism of photocatalytic enhancement by graphene/TiO2composites is also analyzed. Finally， the future prospect on the trends of graphene/TiO2composite photocatalyst is also given.

graphene；TiO2；photocatalysis；nanomaterials；degradation；organic pollutants；catalyst

引　言

光催化氧化技术（photocatalytic oxidation）是一种新型的绿色高级氧化技术，可直接利用太阳光在常温常压条件下催化降解废水及空气中的有机污染物，具有工艺简单、操作方便的优点，并且降解彻底无二次污染，在环保领域具有广泛的应用前景。光催化氧化技术的核心是高效光催化剂的研发。目前，光催化剂研究比较多的有TiO2、ZnO、SnO2、CdS、BiVO4、WO3等，其中TiO2具有催化效率高、化学性质稳定、廉价无毒、可重复使用等优点［1］，被认为是较为理想的有机物光降解催化剂。但是TiO2的禁带宽度较大（锐钛矿型TiO2的禁带宽度Eg=3.2 eV），只能吸收波长较短的紫外线，而这部分的光仅占太阳光能的3%～5%，对太阳能的利用率较低。此外，在光催化降解过程中，通过光激发产生的电子-空穴对具有很高的活性，非常容易复合，使得光催化反应的量子效率很低。如何减小TiO2等光催化剂的禁带宽度和激发电子-空穴对的复合概率，提高可见光响应性能和光催化性能成为当前新型光催化材料研究工作的重点。研究者为此做了大量的改性研究如金属离子掺杂［2］、贵金属沉积［3］、半导体复合［4］、表面光敏化［5］等来提高TiO2的光催化活性。近期的研究发现，TiO2等光催化剂与活性炭［6］、碳纳米管［7］、石墨烯［8］等复合能大幅度提高光催化性能，其中与石墨烯的复合最引人注目。

date： 2015-10-19.

Prof. LIU Fang， liufangfw@163.com

supported by the Top-Notch Talent Program of China University of Petroleum （East China） and the Golden Idea Program of China University of Petroleum （East China）.

X 703

A

0438—1157（2016）05—1635—09

2015-10-19收到初稿，2015-11-27收到修改稿。

联系人及第一作者：刘芳（1976—），女，博士，教授。

中国石油大学（华东）拔尖人才资助项目；中国石油大学（华东）金点子项目。