近年来,对于光催化研究的关注度越来越高,因为它能将太阳能直接转化为化学能。而光（电）催化分解水制氢则是现在清洁能源研究领域的热点。作为最为经典的光催化半导体材料,二氧化钛以其优良的理化性能得到了最广泛的关注。为了进一步提高二氧化钛的光催化性能,本课题将通过对单体二氧化钛的结构进行改性修饰,以达到促进光生电荷的分离,拓宽其对可见光的吸收范围等目的,从而提高二氧化钛的光（电）催化性能,并且进一步全面深入的理解其光（电）催化过程以及相关机理。首先,我们采用了廉价的三维多孔材料-聚氨酯海绵作为模板,制备了二氧化钛-石墨烯复合材料。海绵模板的作用是改善二氧化钛纳米颗粒在石墨烯表面的分布情况,同时也抑制二氧化钛以及石墨烯片层自身的堆积和重叠。在水热法的过程中,石墨烯片层能够稳定的吸附在海绵内部的骨架结构上,二氧化钛纳米颗粒的成核以及生长,也都发生在海绵模板的内部。同时,强韧的三维海绵模板也能有效的展开石墨烯片层结构,抑制石墨烯片层发生重叠和堆积,从而能够有效的使二氧化钛纳米颗粒更加充分,均匀,规则的生长在薄层的石墨烯片层上。相比于其他方法制备的二氧化钛-石墨烯复合材料,通过海绵法得到的二氧化钛-石墨烯复合材料具有更大的比表面积,更宽的可见光吸收范围,以及更加优越的光电催化性能。此外,我们也制备了离子液体修饰的二氧化钛复合材料,作为一种新型的光催化剂用于光电催化水分解反应。作为一种概念,我们将酸性离子液体[BsAIm][HSO₄]通过化学键的形式修饰在了二氧化钛小球的表面。通过一系列的测试,我们确认了二者之间的电子效应以及化学键作用。同时,通过光电化学水分解的性能研究,我们制备的离子液体-二氧化钛复合材料相比于二氧化钛在性能上有了非常明显的提升。这归功于离子液体与二氧化钛之间有效的协同作用,能够促进电子-空穴的分离效率以及电子的转移效率。此工作的意义在于为材料的表面修饰提供了新的思路。最后,我们进一步制备了聚苯胺-石墨烯-二氧化钛三组分复合材料。制备过程采用逐步合成法,首先将石墨烯包覆在二氧化钛小球的表面,接着再进行苯胺分子在其表面的聚合反应。最终得到的聚苯胺-石墨烯-二氧化钛三组分复合材料展现了显著的光催化活性和稳定性,同时我们也对它的作用机理进行了分析。我们认为聚苯胺-石墨烯-二氧化钛三组分复合材料在性能上的明显提升,主要是由于以下原因:（1）聚苯胺和石墨烯的引入能够有效的拓宽二氧化钛对可见光的吸收范围和能力;（2）聚苯胺,石墨烯和二氧化钛之间的协同作用能加速电子和空穴的分离效率。此工作为基于二氧化钛的光催化剂提供了新的合成制备方案,可用于更加广泛的应用如光电催化水分解,光催化,光电设备等。