工业化的推进带来了严重的环境问题，其中水污染和空气污染最为引人关注。为了解决众多污染物问题，近十年来在环境净化领域人们提出了很多研究方法和新的处理技术。以TiO2为代表的多相光催化技术随着纳米技术成熟得到了广泛的研究，并取得了显著的成果。多相光催化可以在室温常压条件下，仅通过光激发高效降解有机污染物，并有降解彻底无二次污染等显著优点，因而得到了越来越广泛的关注。

    但是在光催化降解过程中，光激发TiO2所产生的光生电子-空穴复合率高，导致光催化反应的光量子效率低(＜10%)，光催化性能不突出；另外催化性能高的纳米TiO2往往粒径非常小，从而难以得到有效回收，这都是导致多相光催化剂难以在实际应用得到进一步推广的主要原因。

    针对量子效率提升的难题，研究者进行了大量研究，提出了以金属离子掺杂、贵金属沉积以及半导体耦合等多种形成来提升催化剂的光量子效率，但通过这些方法得到的也是难以回收的纳米粒子。为解决第二个问题，研究者又进行了将TiO2纳米粒子负载于可回收载体表面，制备复合催化剂的研究，但载体的存在增加了光生电子-空穴的复合率，反而极大降低了光量子效率。

    新型材料制备和性能研究 发展为同时解决多相光催化的这两个难点提供了可能。其中以碳纳米管和石墨烯为代表的新型碳材料，由于其本身具有高效的电子转移速率。使其成为复合多相光催化剂开发的热点和新方向。

    尤其是石墨烯纳料材料，其高效电子传导性能使得大量研究人员关注并制备石墨烯-TiO2的复合光催化材料。石墨烯是2004年发现的二维碳纳米低维材料，其电学性质比碳纳米管更为优异，以其为载体制备复合光催化材料可以取得更好的效果。