关键词： Engineering   Nanoscience   Physics  

摘要： Materials characterization in the terahertz (THz) regime has been of interest for several years due to the relatively sparse availability of THz generation and detection devices. The development of devices in this region of the electromagnetic spectrum could lead to groundbreaking applications in security, communications, and healthcare, among others. Additionally, THz radiation is non-ionizing, thus human exposure to THz signals is not considered to be harmful. Nowadays technology is mainly developed in the microwave and infrared regions of the electromagnetic spectrum, leaving a gap in the THz region (~0.1 THz–1 THz) in which the performance of typical materials is relatively poor. For this reason, the use of metamaterials (MM) in this region has become a recent topic of research interest. MMs are man-made metallic or polymeric periodic structures, typically in the micrometer scale, capable of exhibiting tailored electromagnetic properties. In general, MMs can be fabricated employing conventional fabrication schemes and, for the same reason, tend to be considered rather affordable. However, the final MM product usually comprises passive devices exhibiting fixed electromagnetic properties. The demonstration of reconfigurable devices that can be actively tuned would benefit the prospective utilization of THz technology in a variety of applications. This behavior could be achieved by the incorporation of semiconducting materials and the utilization of UV-tunable quantum dots. To this end, we propose the study the performance of MM arrays at THz frequencies. The effort will also include the characterization of the electromagnetic properties of ZnO colloidal quantum dots (QDs) of two different sizes pH12 (2.12 nm) and pH10 (3.00 nm) using THz Time Domain spectroscopy (THz-TDS) with and without UV excitation for the purposes of exploring possible pathways towards reconfigurable behavior.

关键词： 铜基复合材料   石墨烯量子点   显微硬度   导电率   力学性能  

摘要： 随着社会的发展，工业生产对金属材料高强、高导性能的要求不断提高，强化金属材料结构性能，满足工业生产的需求越来越成为当今研究的主题。铜材料是最早被发现并广泛应用的金属之一，且具有良好的导电性和物理成型性，生产成本低;但是铜材料的机械强度低，限制了其应用，因此解决铜材料机械强度问题并且保持其原有的导电性是当前研究的重点。石墨烯(Graphenenanosheets，GNs)是目前已知强度最高和电阻率最低的一种碳纳米材料，将GNs与铜材料进行复合有望解决铜材料强度低的问题，还可以保持其原有的导电性。然而GNs与Cu之间的润湿性差，界面结合强度低，成为制约二者复合的关键性难题。石墨烯量子点(Graphenequantumdots，GQDs)作为GNs的一种衍生物，是一种准零维的碳纳米材料，其晶体结构与GNs相同，分散性要优于GNs。GQDs表面含有丰富的含氧官能团，使其表面带负电荷，可通过静电作用力与金属或金属离子进行复合，因此可将GQDs添加进铜材料中，然后对复合材料进行加热还原，可有望解决以上难题。　　本文先采用两步法，利用商品化GQDs表面丰富的含氧官能团，与商品化铜表面进行复合，得到GQDs与铜的复合材料（GQDs/Cu），然后加热还原，GQDs变成还原石墨烯量子点(reducedofgraphenequantumdots，rGQDs)，得到rGQDs/Cu复合材料，并对其性能进行研究。此外，为进一步提高碳材料与铜表面结合强度，增强材料力学性能，本文又采用了一步法制备出rGQDs/Cu复合材料，研究其显微硬度、致密度和导电率等性能，添加商品化GNs后进一步提高复合材料的导电性和抗氧化性。　　本文获得以下研究成果：　　（1）两步合成法中，研究显示GQDs与2μm、18μm、45μm以及106μm球形铜粉复合时，复合材料致密度、导电率都随着铜粉粒径的增大而减小，但是其显微硬度随粒径增大而增大，GQDs与106μm铜粉复合材料致密度和导电率最小，分别为91.54%和74.90%IACS，但是其显微硬度最高，其值为111.49HV，相对于106μm纯铜粉(96.79HV)提高15.18%;GQDs与2μm球形铜粉复合材料的致密度和导电率最大，分别为94.9%和96.3%IACS。GQDs与2μm树枝状、球形和片状等三种铜粉复合时，其中GQDs与球形铜粉复合时显微硬度提高最大，其显微硬度值为106.36HV，相对于球形纯铜(94.56HV)提高11.8%。　　（2）一步法制备的GQDs改性铜复合材料，试样呈类球形，尺寸大约98.76nm。其致密度达到95.63%，导电率为45.48%IACS，显微硬度可以达到135.76HV。　　（3）鉴于一步法制备GQDs与铜复合材料导电率低，进一步添加GNs，当GQDs与GNs质量比为30：1时，导电率最大为52.02%IACS，与rGQDs/Cu复合材料(45.48%IACS)相比，导电率提高了6.54%IACS，并且复合材料在245.46℃左右开始氧化，相比纯铜(220℃)氧化温度提高了25.46℃。

关键词： 纳米材料   量子输运   热电效应   第一性原理计算  

摘要： 在纳米材料和器件中各种量子效应开始发挥作用,使其具备了传统材料和器件不可比拟的优良特性和规律,在超级计算机芯片、能量存储与转换、传感器等领域有重要的应用,是当今科学研究领域的热点之一。不断探索和研究新型高效的低维纳米材料并通过对材料进行修饰、掺杂、构建异质结等方式提高并丰富其性能是目前亟需解决的问题。本文基于第一性原理计算方法系统地研究了几种新型的低维纳米材料的电子结构及其器件的量子输运问题,讨论了外部条件(如应力、偏压、门电压等)对其产生的影响,并深入分析了体系内部的物理化学机制,揭示了其在不同领域中的可能应用。本论文的主要研究内容和创新之处如下:(1)GeP纳米带的电子结构及其隧穿结的量子输运特性。研究发现,单层GeP纳米带表现出半导体性质,而三层GeP纳米带表现出金属性。三层-单层-三层GeP纳米带隧穿结的量子输运行为取决于单层GeP纳米带和两端三层GeP纳米带电极的连接方式,随着门电压增大,底层连接和中间层连接系统的电导增大,而顶层连接系统的电导减小;底层连接和中间层连接系统的I-V曲线近似呈线性,而顶层连接系统会出现负微分电导。(2)Au-三角烯-Au分子结的纯自旋流和热电输运性质。结果表明,系统表现出良好的栅控自旋过滤效应,通过调控温差和门电压,能够得到纯自旋流和自旋依赖的热电势。通过温度、门电压和化学势的适当优化配置可以获得较高的自旋品质因子和相对很低的电荷品质因子。(3)新型层状KAgSe材料及其在光伏器件方面的应用前景。研究发现,单层KAgSe表现出较高的载流子迁移率和有效的可见光吸收,单层KAgSe纳米器件有较高的光电流,其光响应优于硫化物纳米器件和石墨烯纳米器件。二维层状KAgSe存在大小约为1.5 eV的直接带隙,处于激子太阳能电池候选材料的最佳带隙范围内(1.2.6 eV),并且带隙几乎是层独立的。这是论文的创新点之一。(4)一种新型硼化物横向异质结及其相关性质。结果表明,硼化物横向异质结具有适当大小的直接带隙、超高的载流子迁移率和有效的可见光吸收性能。用单层BP-BAs横向异质结搭建的纳米器件在可见光范围可以出现很大的光电流和光伏响应,在相同的外部条件下远大于MoS-WSe系统的光电流和光伏响应,这些重要参数影响太阳能电池的性能,预示了其在太阳能电池方面潜在的应用价值。这是论文的另一创新之处。

关键词： 碳量子点   硫化银   氧化石墨烯   抑菌   吸附  

摘要： 近年来,碳量子点（CQDs）由于其独特的光致发光（PL）性质、良好水溶性与生物相容性、高化学稳定性、低毒性、环境友好性、抗光漂白性等引起了人们的广泛关注。这些优点使得CQDs在抑菌与成像、光催化、光电子器件、离子检测等领域表现出极大的应用前景。本文采用一步水热等方法直接合成碳量子点及CQDs-Ag2S纳米复合材料,将其用于离子检测、抑菌及吸附性能的研究。其主要内容如下:（1）以黑茶为碳源,乙二胺为氮源和表面修饰剂,制备了氮掺杂碳量子点（N-CQDs）。利用XRD、TEM、Raman、FT-IR等手段,对制备的N-CQDs表面信息与结构进行了表征分析与讨论。结果表明,所制备的N-CQDs具有良好的亲水性,且为低度结晶的石墨结构,颗粒呈球形且分散均匀,无团聚现象,其直径分布在1.0-3.0 nm之间,平均颗粒尺寸为1.8 nm。同时,利用N-CQDs的PL性质对多种离子进行了检测,其结果表明,N-CQDs具有明亮的绿色荧光、对pH敏感、激发波长依赖等性质;随着Pb2+离子浓度的增加,对N-CQDs溶液的猝灭作用增强,猝灭效率可达70.2%,并且具有较低的检出限,在实际应用中可以用于对Pb2+离子的微量检测。（2）以聚乙烯亚胺（PEI）修饰后的氧化石墨烯（GO）作为模板与粘合剂,将CQDs和Ag2S纳米颗粒进行结合,成功制备了一种新型的Ag2S-GO-CQDs纳米复合材料。利用TEM、XRD、Raman、SEM、FT-IR等手段,对CQDs-Ag2S纳米复合材料的结构进行了表征分析。将制备的CQDs-Ag2S纳米复合材料用于大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、绿脓杆菌（Pseudomonas aeruginosa）和粪肠球菌（Enterococcus faecalis）抑菌活性评估实验。结果表明CQDs-Ag2S复合材料对四种不同的菌株皆有明显的抑菌效果,并通过抑菌现象对其抑菌机理进行了研究。（3）将上述合成的Ag2S-GO-CQDs纳米复合材料用于吸附亚甲基蓝染料,并研究了不同吸附反应温度、初始浓度、染料溶液pH、反应时间等因素对吸附过程的影响。对得到的数据进行了热力学、动力学及吸附等温线模型拟合,计算出参数并分析吸附过程。研究结果表明:（1）在碱性条件下,更有利于对亚甲基蓝吸附的进行;吸附反应温度、时间对亚甲基蓝的去除率有明显的影响。当吸附反应温度增加时,其吸附能力相应提高;当吸附时间为60 min时,吸附达到平衡,准二级动力学方程模型更符合其吸附行为。（2）吸附过程更为符合Freundlich等温线模型,同时拟合的Langmuir等温模型相关系数也较高,计算出最大吸附量为348mg·g-1,故吸附过程中化学吸附与物理吸附共存,主要以化学吸附为主。（3）由热力学模型计算出的ΔG<0,ΔH>0,ΔS>0,说明吸附过程是熵驱动的自发、吸热反应。此项工作不仅丰富了CQDs与其复合材料的种类,也为CQDs复合材料在抑菌与吸附方面的应用具有理论价值。

关键词： Mn掺杂量子点   室温磷光   片段印迹   生物共轭体   微囊藻毒素  

摘要： 微囊藻毒素的毒性较大,化学性质稳定难以降解,同时又是强肝脏肿瘤促进剂之一,所以对微囊藻毒素的检测研究已引起各国广泛关注。室温磷光掺杂量子点,由于其独特的性质,在环境检测、生物传感、食品检测、光电设备等领域已被广泛的应用。通过修饰量子点的表面,可赋予其新的特性。根据不同的修饰物,可以检测特定的目标分析物。将分子印迹技术和量子点相结合,不但能形成特异的识别位点,而且还可以在磷光模式进行特异性检测,已经成为研究热点之一。本文以Mn掺杂磷光量子点为研究基础,讨论了合成不同的Mn掺杂磷光材料,以及磷光量子点与片段分子印迹技术相结合对微囊藻毒素的检测。论文的主要内容如下:*** Se:Mn/Zn S QDs和单克隆微囊藻毒素-LR（抗MC-LR）抗体通过EDC/NHS形成偶联生物共轭体作为室温磷光（RTP）探针用于检测MC-LR。加入微囊藻毒素（MCs）和微囊藻毒素的抗体在Zn Se:Mn/Zn S QDs表面发生特异性相互作用,Zn Se:Mn/Zn S QDs的RTP随着MC-LR浓度的增加而猝灭。在优化的条件下,MC-LR的线性范围为0.9-8.8 n M。其回归方程为（P0-P）/P0=0.03908C+0.0456,线性相关系数R2=0.9944,其体系的检测限为0.038 n M。本实验方法与高效液相色谱的检测结果具有一致性,对于环境中水样的检测,也得到了满意的结果,证明了开发的RTP免疫测定的实用性。2.通过结合Mn掺杂Zn S量子点（Mn:Zn S Q Ds）的RTP性质和双虚拟片段印迹,基于猝灭分子印迹聚合物（MIP）,构建了一种新型的室温磷光（RTP）探针。以目标分析物微囊藻毒素的片段或结构相似的部分作为虚拟分子模板,L-半胱氨酸包覆Mn:Zn S QDs的磷光作为检测时的信号,再通过四乙氧基硅烷（TEOS）水解使其嵌入Si O2中。以L-精氨酸和戊基苯作为双虚拟片段分子模板,形成的识别位点检测一系列的MCs。这种方法无需任何衍生化和诱导剂。在优化条件下,双虚拟片段磷光量子点印迹材料检测MC-LR的线性范围0.0025-0.165 n M回归方程为P/P0=0.0150+24.70CMC-LR（R2=0.9886）,最低检测浓度为0.0025 n M。双虚拟片段磷光量子点印迹材料和两个单虚拟片段印迹材料的印迹因子分别为11.2、2.2、1.3。同时对长江、湖水中的MC-LR进行了检测,证明了本方法的实用性。

关键词： 氟虫腈   碳量子点   荧光探针   分子印迹硅胶  

摘要： 氟虫腈属于苯基吡唑类杀虫剂,由于对无脊椎动物具有高毒性和长期药效,广泛用于防治农业害虫。氟虫腈对人类亚基β-GABBAA受体有很高的亲和力,该受体与人类神经发育障碍疾病有关,例如自闭症、安格尔曼综合征和癫痫。由于存在潜在的人体健康风险,2009年,中国禁止在农业生产中使用含有氟虫腈的农药制剂。但是,仍存在非法使用氟虫腈防治农作物、肉类和蛋类中寄生虫的情况,因此,需要建立氟虫腈的检测方法。本文基于碳量子点(Carbon quantum dots,CQDs)优良的荧光性能以及分子印迹硅胶(Molecularlyimprintedsilicagel,MIS)高的选择性,首先制备了分子印迹包埋碳量子点(CQDs@MIS)材料,并建立了一种荧光检测氟虫腈的方法。该CQDs@MIS材料采用溶胶-凝胶法以氟虫腈为模板、3-氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体,正硅酸乙酯为交联剂在CQDs存在下合成。然后通过优化材料的合成温度和硅层厚度,选出材料的最佳合成条件。通过透射电子显微镜(Transmissionelectronmicroscope,TEM)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、热重(Thermogravimetric,TG)和 N2 吸附/脱附表征了材料的形貌、特征基团、热稳定性、比表面积以及孔径分布等特性。并进一步研究了孵育时间、体系pH以及CQD@MIS浓度对氟虫腈荧光响应性能的影响。实验结果表明:由于CQD@MIS表面具有氟虫腈的印迹孔穴以及特异性识别位点,因此氟虫腈能使CQD@MIS的荧光猝灭。通过优化检测条件,在孵育时间2 h、pH=7.0和CQD@MIS浓度为0.07 mg mL-1时,氟虫腈对CQD@MIS的荧光猝灭程度最大,其荧光猝灭程度(F0-F)随氟虫腈浓度(7.0× 10-11～4.7× 10-5M)的对数增加而线性增加,最低检出限为0.019nM。最后,建立的荧光检测方法成功地应用于鸡蛋、牛奶和自来水中氟虫腈的检测,加标回收率分别为97.7～114.0%、83.8～108.0%和91.2～108.0%,它们的相对标准偏差(Relative standarddeviation,RSD)均小于6.67%。由于所建立方法具有灵敏度高和操作简便等优点,使其有望广泛应用于复杂样品中氟虫腈的定量检测。

关键词： 强自旋轨道耦合   平面霍尔效应   量子自旋液体   逆自旋霍尔效应   电荷密度波  

摘要： 强自旋轨道耦合作为一种不可忽视的作用项,对于材料的能带结构,磁结构等诸多物性产生了重要影响。近年来,在一些具有强自旋轨道耦合作用的材料中发现了许多新奇的量子物态,如量子自旋液体、拓扑绝缘态等。此外,电荷密度波(CDW)作为集体激发模式,一直被人们广泛研究,特别在体系存在多种相互作用时,电荷密度波的演化规律以及与其它相互作用的联系值得我们不断探索。本文对几种典型的强自旋轨道耦合材料的样品生长和电磁输运行为进行了研究,这些材料包括TaP、La3IrO11、MoP以及TaSe3。论文分为以下六个章节:第一章首先介绍了自旋轨道耦合的定义及分类;接着介绍了具有强自旋轨道耦合作用的一些新奇材料,包括拓扑材料以及自旋轨道耦合Mott绝缘体这两类;随后介绍了强自旋轨道耦合作用诱导的自旋霍尔效应;最后介绍了电荷密度波的机制及其应用。第二章介绍了关于Weyl半金属TaP的平面霍尔效应(PHE)研究。结果表明TaP的巨大的PHE和各向异性磁阻(AMR)主要来源于大的各向异性的轨道磁阻而非手性反常。同时TaP高迁移率引起的显著电流注入效应不仅扭曲了平面霍尔电阻ρyx和纵向磁阻ρxx的曲线形貌,而且引入AMR测量中的独特双峰以及负电阻现象。第三章研究了新颖的铱氧化物La3Ir3O11的低温物性,我们发现了其由于自旋轨道耦合作用驱动的绝缘行为,其能隙的大小约为34 meV。2 K以上的磁化率以及比热测量结果都验证其处于磁无序状态,进一步的磁性测量表现出多种反常特征:低温下的居里-外斯行为、70 K以上的磁化率线性上升以及高温500 K处的鼓包。我们通过DFT计算解释了体系的绝缘行为,并考虑最近邻以及次近邻的相互作用,采用量子自旋模型很好地解释了上述的磁化率反常特征。第四章介绍了利用自旋泵浦原理,在拓扑半金属MoP/Py双层膜中的逆自旋霍尔效应。结果表明室温下MoP的自旋霍尔角约为0.0031,并具有巨大的自旋霍尔电导4.5562× 104(Ω m)-1。随后我们通过逆自旋霍尔效应的面外转角测试,发现其电压信号存在特殊的角度依赖关系,表明其逆自旋霍尔效应可能主要由表面费米弧贡献。第五章详细介绍了 TaSe3纳米线的生长、电输运、磁化率以及拉曼光谱的研究。我们在国际上第一次从实验上发现了在300 nm宽度的TaSe3纳米线中的CDW转变。详细的拉曼光谱结果表明出现CDW转变的原因是由于维度减少而共同增强的电声耦合与准一维特性。第六章为全文的总结与展望。

关键词： 碳量子点   荧光传感器   内滤效应   配位作用   室温磷光   安全防伪  

摘要： 碳量子点(CDs)具有低毒、发光效率高、耐光漂白以及光学特性好等优点，已被广泛应用于生物和化学传感、生物成像以及磷光材料制备等各个领域。而基于内滤效应的传感器，由于检测速度快，灵敏度高以及选择性好等特性被广泛应用到分析检测领域;另外，随着无机非金属室温磷光材料在信息安全以及防伪等方面的特殊应用，基于碳量子点的室温磷光材料已受到研究者越来越多的关注，尤其是室温长寿命磷光碳量子点。　　本文内容主要包括利用内滤效应构建基于碳量子点的荧光传感体系，以及对长寿命室温磷光碳量子点的合成和性质研究。主要分为以下三个部分：　　首先，以酸性品红6b和双氧水为原料在高温条件下一步水热法制备了高量子产率(22.3%)的碳量子点(CDs)，得到的CDs在2.6~3.2nm范围内具有较窄的尺寸分布，并发出蓝色荧光。尤其是，CDs的激发光谱位于320nm，与甲硝唑318nm处的吸收带互补重叠，从而产生高效的内滤效应(IFE)，且CDs的荧光强度随加入的甲硝唑浓度增大而降低。因此，本文欲利用IFE构建一种基于CDs简单的甲硝唑检测方法。所建立的方法线性范围为0–10μgmL-1，检出限为0.257μgmL-1;用于蜂蜜和甲硝唑药剂片中甲硝唑含量的检测，回收率分别为98.0%~105.1%和95.7%~106.5%。因此，该方法具有很高的选择性、灵敏度和准确度。　　其次，将间苯二胺和PEG1500在稀的硫酸溶液中进行高温水热处理制备了绿色荧光发射的碳量子点(mPD-CDs)，其超高量子产率(QY=74.13%)尚未见文献报道。在mPD-CDs/Phen(1,10-Phenanthroline，邻二氮菲)共存体系中，制备的mPD-CDs的荧光随Fe2+的加入而猝灭，溶液颜色由无色变为红褐色，并不断加深(Fe2+浓度达到3.0μM时，肉眼可辨)。由此可构建基于mPD-CDs/Phen共存体系的荧光光度法和吸收光度法双模式的Fe2+定量方法。结果表明，两种方式线性范围分别为：0-25和25-50μM，以及0~60μM，检测限分别为0.59μM和2.98μM。此外，封装在聚乙烯醇(PVA)复合材料中的mPD-CDs具有室温延迟荧光性能。因此，这一发现也将有助于探索和发展高效率的光电器件。　　再次，以乙二胺为碳源，磷酸水溶液为反应介质，通过微波辅助加热合成了具有超长寿命室温磷光的碳量子点(EDA-CDs)。固相条件下室温磷光寿命为887.55ms及水溶液在低温条件下最高磷光寿命可达1538.01ms，且环境条件下固体粉末余辉时间可达到8s肉眼可见，磷光性能优良，鲜见文献报道。同时将EDA-CDs水溶液负载到商用无荧光滤纸上，仍具有良好的室温磷光性能(τ=693.67ms)。然后，进一步研究发现，C=N/C=O键的存在是产生长寿命室温磷光的必要条件，因为它们有利于EDA-CDs的n-π*跃迁，以更为有效的促进三重态激子的隙间穿越(ISC)过程;以及在临界温度下，EDA-CDs水溶液由液相变为固相，提高了该体系的刚性及稳固性，导致更长寿命的磷光发射;此外，N元素和P元素的掺杂在磷光的发射中起到重要的作用。基于该EDA-CDs良好的室温磷光特性，在信息加密和图形防伪等领域有非常大的应用潜力。

关键词： 二维材料量子片   硅球辅助球磨   超声辅助溶剂剥离   晶体结构   限域效应   边缘效应   非线性光学  

摘要： 二维材料量子片，由于具有独特的结构和性能，在传感、生物成像、癌症理疗、光电器件、催化、超级电容器以及电池等领域有着广阔的潜在应用价值，但是目前仍缺少一种普适性的规模制备方法。本论文围绕二维材料量子片的规模制备与应用研究，主要完成了以下创新性的工作:　　1.采用硅球辅助球磨和超声辅助溶剂剥离相结合的方法，成功实现了二维材料量子片的普适规模制备。代表性的石墨烯量子片、氮化硼量子片、二硫化钼量子片的单次制备产率均超过30wt％，比以往报道提高了1-2个数量级，循环制备产率更高。量子片可以实现高效率粉体收集与高浓度再分散，最大再分散浓度高达5mg/mL。对制备机理也进行了深入分析，并成功将其推广到二硫化钨量子片的制备以及多壁碳纳米管向石墨烯量子片的转化，进一步证实了制备方法的普适性。　　2.本论文采用多种测试技术对量子片进行了系统表征，证实了它们完美的晶体结构与本征特性。量子片分散液表现出强烈的激发波长依赖性、浓度依赖性、溶剂依赖性的光致发光行为，进一步证实了其量子限域效应和突出的边缘效应。　　3.通过简单的溶液加工过程，制备了一系列量子片-PMMA复合薄膜。复合薄膜表现出了卓越的固态荧光现象和突出的非线性饱和吸收行为，绝对调制深度最高可达59％，相对调制深度接近90％，饱和强度低至10kW/cm2(1nJ/cm2)以下，表明了它们在锁模激光器、光子学和非线性光学等领域的潜在应用。

关键词： 复合材料   光催化   花状TiO2   氢化处理   石墨烯量子点  

摘要： TiO2半导体光催化剂对有机废水有着良好的降解能力,是未来处理有机废水的策略之一。但是,原始的TiO2只能吸收紫外光区域的能量,且有着较高的光生电子-空穴复合率,限制了它的实际应用。TiO2的光催化性能与其晶体结构、形貌、表面羟基、晶体缺陷等息息相关。本论文围绕着对其形貌、表面羟基、可见光响应、晶相、缺陷与光催化性能的关系进行探究,设计和开展一系列的实验工作,获得了高性能的灰色花状微/纳米结构TiO2和石墨烯量子点的复合材料,研究结果如下:（1）在PVP表面活性剂辅助的条件下通过水热法制备出尺寸均一、分散性良好的花状微/纳米结构的TiO2,随后在氢气的氛围下煅烧制备出灰色的花状微/纳米结构的TiO2,并研究了煅烧的温度和时间对最终产物的影响,随着温度和时间的提升TiO2的颜色由白变成灰,且在可见光区域的吸光性能也逐渐增加。随后进行光催化性能测试,发现氢化处理的TiO2与未氢化的TiO2相比在可见光照射下的光催化性能显著提升。荧光光谱和光电流测试表明氢化处理可以增强光生电子和空穴的分离。（2）通过简便的水热法制备出形貌良好的花状微/纳米结构TiO2和GQDs的复合材料,并探究了GQDs加入量对产物的影响。通过模拟太阳光照射检测其光催化性能,随后对性能最好的样品进行稳定性测试。并利用XRD、TEM、Raman、XPS对其物相和组成进行分析,通过紫外光谱、荧光光谱、瞬时光电流测试等方法对其性能和机理进行分析。（3）基于上面两种有效提升光催化性能的策略,我们制备出灰色花状微/纳米结构TiO2与GQDs的复合材料,以不同GQDs的加入量为优化条件筛选出合适的掺杂质量。随后在模拟太阳光照射下对一系列的光催化剂进行性能测试,测试结果显示复合材料拥有卓越的光催化性能。这两种策略相辅相成具有相互累加和促进的作用,可同时提升复合材料光吸收性能和促进光生电子-空穴对的分离。