文 献 综 述

环境污染和能源短缺是21世纪人类面对的两大难题，一方面，煤、石油、天然气甚至近几年很火的页岩气，都是不可再生的资源，无论储量有多大，能源短缺在将来必定会发生，而我们不可能等待它真正发生之后再来应对，未雨绸缪是必须的。另一方面，这些化石燃料燃烧之后生成的各种有害物质，会对环境造成不可估量的污染，而人类使用化石燃料已经有几百年的历史，这些污染积累到现在，已经不仅仅是生态环境的破坏，更是直接影响到人们的身体健康，像国内近年多发的雾霾天气，便是多年只顾发展经济不顾环境治理的恶果。因此，为了解决环境污染和能源短缺问题，人们正致力于新能源（太阳能、核能、风能、海洋能、氢能等）的研究，当有朝一日这些新能源真正成为主要能源的时候，能源和环境问题也就不再成为人类社会发展的桎梏。

新能源具备绿色、清洁、可再生等优点，对多种新能源进行研究之后发现，氢能是最合适的新能源。它具有以下有点：(1)氢能源属于可再生资源，没有有朝一日消耗殆尽的潜在威胁；(2)氢气燃烧时只生成水和二氧化碳，是真正的清洁无污染的能源，不会加重目前的环境污染；(3)热值很高，为一般碳氢燃料的2.5倍左右。虽然氢能源是最适合作为未来主要能源的新能源，但是目前的技术条件下，氢能源在生产过程中并不能达到绿色、清洁、可再生的要求，因为现在的氢能生产主要是依靠煤、石油等的重整，这并不能从根本上解决能源短缺和环境污染的问题。因此，大力发展研究以水、生物质等真正的可再生物资为原料，利用太阳能来进行光催化制氢才能从根源上摆脱能源和环境的问题。

1972年，Fujishima和Honda^[1]在紫外线照射下使用TiO₂和Pt作为正极和负极构成的系统进行分解水制H₂，为人们提供了一种新的制备氢能源的思路。光催化技术具有操作简单、能耗低、无二次污染等优势^[2]，但是存在另外一个问题，那就是效率问题。目前已经研发出来的光催化剂虽然有成百上千种之多，但是这些催化剂的光催化效率大多还是偏低。因此，自从2004年Geim等发现石墨烯之后，石墨烯就在材料界引发了一股持续到今的研究狂潮，得益于此，有研究人员发现了一个解决光催化效率问题的路径，那就是将石墨烯与半导体复合来制作光催化剂，此法制造出的光催化剂能够极大地提升光催化效率^[3]。

1. 石墨烯

1.1　石墨烯的简介

2004年，英国曼彻斯特大学的Geim等研究者从石墨上剥下少量石墨单片，发现了一种新型的二维原子晶体#8212;#8212;石墨烯，并因此获得了因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。

多位学者对石墨烯进行研究后发现，石墨烯的各项性能均非常优异，石墨烯也因此成为近年来最热门的新型材料之一^[4]。正是由于石墨烯的优异性能，使得石墨烯有着广泛的应用前景，在诸多领域都有极高的应用价值^[5]，尤其是在高精尖技术方面。就目前来看，在军工、航空航天、计算机、医疗、环境、化工等领域，石墨烯的研究具有十分重要的推动作用。

1.2　石墨烯的制备

催化剂用的石墨烯，通常采用氧化还原的方法来制备。由于天然石墨层与层间的缝隙极小，对于机械剥离的设备精度要求很高，所以主要采用氧化还原法。此法首先要用天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨，此时生成的氧化石墨层与层间的缝隙将会大于天然石墨层与层之间的缝隙，然后采用超声分散的方法可制备成氧化石墨烯，最后加入还原剂，就能够得到石墨烯了。但是这时候得到的石墨烯并不能直接用作催化剂，因为此时得到的石墨烯在水中的分散性比较差。Li等^[6]发现利用氧化还原法制造的石墨烯表面的含氧官能团较少，石墨烯层间的静电作用明显，因此他们通过控制溶液pH值的方法，制造出了具有较好分散性的石墨烯。

2. 石墨烯/半导体复合材料在光催化剂领域的应用

石墨烯/半导体复合材料比传统的半导体材料具有更高的光催化效率，这也使得石墨烯/半导体复合材料具备比半导体材料更广阔的前景^[7]。