自从Fujishima和Honda[8]发现TiO2具有光分解水的作用以来，纳米半导体的光催化反应就引起了人们研究的兴趣。近年来，光催化在净化环境方面的应用受到人们越来越多的重视，通常采用的半导体光催化剂包括TiO2、ZnO、WO3、ZnS、CdS[9]等，其中TiO2对多种有机物均有良好的降解效果，因此得到了广泛重视，而锐钛矿型TiO2的光催化能力出众的原因可能如下：①锐钛矿的禁带宽度为3.2eV，较高的禁带宽度使其电子空穴对具有更正或更负的电位，具有较高的氧化能力。②锐钛矿表面吸附H2O、O2及·OH的能力较强，导致其光催化活性较高，在光催化反应中表面吸附能力对催化活性有很大的影响，较强的吸附能力对其活性有利。③在结晶过程中锐钛矿晶粒通常具有较小的尺寸和较大的比表面积，对光催化反应有利。

光催化反应的原理是利用光激发半导体催化剂，在其表面形成激发电子-空穴对作为还原-氧化体系。在水溶液（如工业污水）中，溶解的O2及H2O与电子及空穴发生作用，最终产生具有高度活性的·OH，·OH是氧化性极强的物质，对水中污染物几乎无选择性，能将水中的有机物部分或完全氧化[10]。半导体的光催化活性主要取决于导带与价带的氧化-还原电位，价带的氧化-还原电位越正，导带的氧化-还原电位越负，则光生电子和空穴的氧化能力就越强，从而使光催化降解有机物的效率大大提高。但是TiO2的宽禁带使得其吸收光的区域主要在紫外区，光利用率低，同时又因为较高的载流子复合率，限制了其光催化活性，使得TiO2利用太阳光的效率大大降低。因此可以采用负载GO和CdS的方法，使得其电子易转移至其他物质，而降低光生电子与空穴的复合速率，从而减小TiO2禁带宽度，扩大光谱的吸收区域，提高其光催化活性。将GO和CdS[11]负载在TiO2粒子上，对推广TiO2的使用具有重要意义。论文网

1.3 氧化石墨的共催化作用

氧化石墨作为一单层石墨烯[12]，对于光解水和光降解有机污染物具有较高的共催化性能[13]。氧化石墨具有较高的比表面积和较好的电子迁移率，因此在TiO2 与石墨烯复合后，可以增加电子的迁移率，从而起到共催化目的。石墨烯和TiO2间产生的协同效应能够促使 TiO2 产生的光生电子转移到石墨烯上，进一步转移到其他物质上，从而不仅降低了光生电子-空穴对复合几率，还使该复合材料具有了可见光响应的能力。

1.4 CdS的敏化作用

在半导体本体中产生电荷载体这种过程称为敏化作用。一般化学性质稳定的金属氧化物半导体（如TiO2）的带隙较宽只能吸收紫外区光子，敏化作用可以扩展光催化剂的波长响应范围使之可利用可见光（日光）降解有机化合物[14]。

CdS是一种带隙适中的半导体，其 Eg =2.42eV，在可见光区域具有良好的光学吸收性能，其导带能级比TiO2的高，有利于光生载流子的有效分离，同时CdS具有较大的消光系数和光化学稳定性，将CdS复合到宽禁带的TiO2半导体材料中，CdS敏化TiO2半导体材料受到自然光中一定波长的光照射时，价带VB上的电子受激发而跃迁到导带CB上，在价带VB上形成带正电的空穴h+，在导带CB形成高活性的电子e−，在没有电子受体和供体的情况下形成空穴-电子对（h+—e−），CdS半导体光照激发后电子迁移至TiO2的导带中，其产生的空穴迁移到复合材料的价带中，从而增大电子和空穴的产生率[15]。

1.5 本文特色、研究内容及研究方案

1.5.1 本文特色