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利用光催化途径将CO2还原为HCOOH，HCHO，CH3OH和CH4等有机物将给环境保护和能源利用带来双重益处，被认为是目前最具前景的CO2转化方法之一。TiO2光催化材料由于价廉、无毒、性能稳定等优点成为目前光催化领域的热点研究材料，但由于其价带较宽，只能利用紫外光，光生电子空穴对复合快，载流子传递速率慢等不利因素，导致其太阳能利用率较低。纳米结构的材料代表了从晶体结构单元到本体固体材料的过渡，显示出了新的反应行为和物理化学性质。一些研究组发现具有锐钛矿和TiO2(B)的双晶结构的一维(1D) TiO2纳米材料材料能够提高其光催化活性，然而仍然不够理想。担载贵金属（Pt等）可在TiO2表面形成激发电子的俘获陷阱，延长电子-空穴对寿命，提高电荷分离效率，从而提高光催化CO2的效率，但光生载流子迁移慢的问题仍然无法解决。作为一种新型的碳纳米材料，石墨烯因其良好的稳定性、导电性而在催化领域广泛应用。目前已证明，将石墨烯与半导体光催化剂复合，引入到光催化反应体系，可实现电荷的分离和高效转移，从而提高光催化效率。
1、研究了在常温常压下TiO2纳米带光催化CO2催化加氢气反应。在紫外光照射下，二氧化碳的加氢还原产物为甲烷。利用高分辨透射电镜(TEM)， X-射线衍射(XRD)，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)，催化剂比表面积测定(BET)，热重分析(TG)等多种研究方法，系统地考察了催化剂与甲烷产率的构效关系。结果表明，在600℃焙烧时得到的双晶材料具有最佳的光催化活性。优异的光催化活性主要得益于DNR上面形成的纳米晶界能够提高催化剂在紫外区的光吸收能力，TiO2(B)和锐钛矿独特的双晶间隔结构也提高了界面电荷分离的效率。担载贵金属Pt显著地提高了反应速率。
2、采用改进的Hummers法制备氧化石墨。这种在强酸强氧化剂的条件下制备得到的氧化石墨(GO)的大π键遭到严重破坏，表面存在着大量的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团。本文通过水合肼还原的方法得到了亲水的少层还原氧化石墨烯(RGO)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、热失重法(TG)等表征手段对石墨、GO和RGO的结构与耐热性进行了对比分析。研究结果表明，氧化石墨被水合肼还原成石墨烯后，其含氧官能团基本被移除，氧化石墨的一部分sp3杂化碳原子被还原成石墨的sp2杂化碳原子，石墨烯的平面结构得到了修复，但氧化石墨的还原状态结构不可能被完全恢复到原有的石墨状态，也就是说石墨烯的结构和石墨结构还是有差别的。热分析结果表明，石墨烯具有比氧化石墨更为优异的热稳定性。
3、以氧化石墨和P25为原料，采用水合肼还原-光化学沉积的方法制备了一系列不同石墨烯含量的氧还原石墨烯(RGO)/P25/Pt三元复合光催化剂，并比较了它们在紫外光和可见光下光催化CO2甲烷化的活性。利用扫描电镜(SEM)，高分辨透射电镜(TEM)，X-射线衍射(XRD)，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)，荧光光谱(PL)，瞬态光电流等多种研究方法，系统地考察了催化剂与甲烷产率的构效关系。结果表明，与单纯的P25/Pt相比，引入石墨烯的RGO/P25/Pt复合材料具有更高的催化活性，优异的光催化活性主要得益于石墨烯作为良好的电子受体和传递介质明显加快了P25/Pt光生电子的迁移速率，增强了对紫外可见光的吸收，提高了光生载流子的分离效率，从而增强了复合材料的光电性能，进而提高了光催化CO2还原的活性。此外，还发现微量水的存在对该反应有显著影响。