石墨烯/有序TiO2纳米管阵列功能复合材料的制备及其光电化学性质研究

光电化学技术是一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术，其实用化的关键在于研究开发具有优异稳定性和光电化学性能的半导体光阳极材料。本项目致力于发展一种基于石墨烯/TiO2纳米管阵列的新型功能复合材料，以期利用石墨烯独特的二维晶体结构、优良的导电性和透光性等性质以及石墨烯/TiO2纳米管阵列二者耦合所产生的协同互补效应，达到改善TiO2纳米管阵列光电化学性能的目的，促进其在光电化学领域中的应用。本项目拟通过电化学阳极氧化金属钛片获得一维有序TiO2纳米管阵列，然后通过溶剂热法或光催化还原等方法实现石墨烯在TiO2纳米管阵列表面的结合，获得石墨烯/TiO2纳米管阵列功能复合材料；同时，通过多种测试手段对材料进行相应的光电化学性质研究，揭示影响材料性能的结构因素，阐明材料光电化学反应机理及其影响因素，探索材料在光电化学领域中的应用研究，从而为光电化学技术的进一步发展和应用提供有意义的参考。

本项目旨在设计合成基于石墨烯/TiO2纳米管阵列的新型功能纳米复合材料，利用石墨烯独特的二维晶体结构、优良的导电性和透光性等性质以及石墨烯/TiO2纳米管阵列二者耦合所产生的协同互补效应，达到改善TiO2纳米管阵列光电化学性能的目的，促进其在光电化学领域中的应用。项目整体进展顺利，总体上达到了预期研究目标，主要完成的研究工作包括：（1）高质量石墨烯材料的制备与表征；（2）不同电解液体系下TiO2纳米管阵列的电化学阳极氧化法制备及其光电化学性能研究；（3）石墨烯/TiO2纳米复合材料的制备及其光电化学性能研究；（4）其他石墨烯/半导体纳米复合材料体系相关工作。项目研究结果表明，高质量石墨烯材料可以通过高温还原改良Hummers法制得的氧化石墨获得；不同电化学阳极氧化条件对制备的TiO2纳米管阵列形貌、结构和性能的影响不同；借助多种方式（比如：电化学沉积、水热反应、球磨法等）可实现石墨烯与TiO2等半导体纳米材料复合，光催化测试结果和电化学测试结果表明，引入石墨烯后，TiO2等半导体纳米材料表现出更好的光催化活性和电化学储锂性能，在光电化学领域具有潜在的应用前景。本项目的顺利实施在较大程度上丰富了石墨烯基功能复合材料（尤其是石墨烯/TiO2纳米管阵列复合材料）在光电化学领域中的理论应用研究，为光电化学技术的进一步发展和应用提供了有意义的参考。