解决当前日益严重的能源短缺和环境污染问题是我国实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要。半导体光催化材料在解决能源和环境问题方面具有巨大的潜力。然而,化学稳定性较好的氧化钛材料仍然存在着光谱利用率过低和载流子复合机率较高等问题,新型高效可见光活性催化剂开发显得尤为重要。近年来,作者在具有可见光响应的光催化剂体系开发并利用石墨烯相关材料复合提高其光吸收能范围和电荷分离能力方面开展了系列研究工作,这些可见光催化材料在光催化水中污染物去除、光催化分解水制氢和光还原二氧化碳等重要光化学反应中显示出了良好性能。如图1a 所示,研究首先考察了可见光催化剂如WO3,SnS2,In2S3 等的形貌及结构衍变对异质复合体系形成和光催化性能的影响,表明异质界面作用的增强可以显著提高光生电子从半导体向石墨烯的传递,通过材料结构的设计和优化则可以进一步提升石墨烯基复合光催化剂的性能。研究通过纳米片/纳米片二维复合结构的生成及其掺杂改性等,最终获得了较好的光降解水中有机污染物活性。如图1b 所示,研究进一步通过石墨烯量子点的制备,对宽带隙半导体光电极材料进行了敏化复合,最终光吸收能力的增强作用等使复合电极光电催化去除水中新型污染物性能得到了显著提高。