半导体光催化机理示意图
光催化原理是基于光催化剂在光照的条件下具有的氧化还原能力，从而可以达到净化污染物、物质合成和转化等目的。通常情况下，光催化氧化反应以半导体为催化剂，以光为能量，将有机物降解为二氧化碳和水。
石墨烯在光催化领域的优势
石墨烯光催化复合材料在近年来发展迅速，其在解决能源和环境问题方面具有极大的应用价值。
另一方面，三维石墨烯的构筑在实现光催化剂均匀分散的基础上，又使其具备了许多新的优点：内部的多孔结构加大了材料对反应物的吸附作用；相互连通的导电网结构可进一步加速光生电子的转移，同时缩短电子到反应物间的传输距离；良好的机械强度使材料在催化反应后易于回收，而这在污水净化领域显得尤为重要。这些特点使三维结构的石墨烯复合光催化材料具备了更加突出的实用性。
1.促进光生电子的传输
石墨烯作为导电介质与半导体光催化材料复合，提高光生电子的传输速率，并抑制光生电子－空穴对的重组，是石墨烯在光催化材料中最基本的作用。
研究人员用水热法合成了ＣｄＳ－ＧＲ高效纳米复合光催化材料，该材料在可见光照射及较温和的条件下即可选择性地将苯甲醇氧化为苯甲醛，其光催化效率的提高主要归因于石墨烯的高导电性和增强的光吸收作用。在可见光照射下电子从ＣｄＳ的价带激发到导带，由于石墨烯具有优异的导电性，导致电子从导带转移到了石墨烯上，因而延长了光生电子－空穴对的寿命，提高了光催化效率。
2.扩大光吸收强度和范围
石墨烯是一种带隙宽度为零的半导体材料。在本征石墨烯中，其费米能级精确位于狄拉克点处，对石墨烯进行功能化改性可使其成为ｎ或ｐ型半导体，进而打开石墨烯的带隙。另一方面，许多半导体材料因为禁带宽度大，只有吸收紫外光才能激发价带电子的跃迁，但太阳光中紫外光只占到４％，这极大地限制了材料的实际应用。将半导体光催化材料与石墨烯进行复合，通过形成异质结界面，扩大复合材料的光吸收范围并增强光吸收强度，被逐渐证实为一个行之有效的办法。
3.吸附反应物
石墨烯作为一种表面积巨大的二维层状材料，其优异的物理吸附性能也是提高材料催化效率的主要原因之一。此外，石墨烯光催化材料中多数的石墨烯都是通过ＧＯ还原得来，表面残余的含氧官能团可以通过氢键、静电力等作用与反应物结合；还原后的共轭苯环区域可以通过π－π相互作用吸附一些芳香族物质。吸附作用可以快速将反应物聚集到催化剂表面，加速二者之间氧化还原反应的进行，提高催化效率。
除上述作用外，石墨烯还可以作为光敏剂、光稳定剂、支撑载体等，来提高光催化材料的综合性能。
从整体来看，石墨烯由于其优异性能对于弥补光催化材料的固有缺陷有着显著的优势。但到目前为止，关于石墨烯对光催化作用的增强机理尚未完全明确，催化效率高、成本低、可实现大规模生产的石墨烯光催化材料还没有出现，因而迫切需要更加广泛而深入的研究。
参考文献：
石墨烯光催化材料及其在环境净化领域的研究进展，杨程，时双强，郝思嘉，褚海荣，戴圣龙（中国航发北京航空材料研究院，北京１０００９５）
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