石墨烯作为一种广泛使用的零带隙半导体材料，具有高比表面积，在储存和运输电子时具有优良的电子导电性。 掺入第二组分（如金属氧化物，金属纳米粒子）到单独的具有良好分散性的石墨烯/氧化石墨烯中，可以从它们的相互作用中获得独特的性质，尤其是对水溶液中有机物的光催化降解。 石墨烯基材料性能的提高是由于石墨烯可以提高光电子的迁移效率，减少电子之间的重组。 此外，这些复合材料对有机分子具有较高的吸附活性，同时扩展了光吸收范围。 石墨烯/TiO2复合材料作为一种新型物质，是最常用的降解染料或其他污染物的光催化剂。 Zhao等研究了石墨烯/TiO2材料在可见光照射下对亚甲基蓝的光催化降解活性。 与原始二氧化钛、商用二氧化钛和石墨烯和商用P25的物理混合物相比，石墨烯/TiO2材料在可见光下的光分解效率明显增强（图1-7（a））。 这主要是由于大的接触面积，纳米尺寸的二氧化钛和石墨烯的高导电性，从而降低了电荷电阻和电荷复合率。 说明光催化活性的增强是由于电子的快速运输和石墨烯的吸附。 因此，大量的光能量被复合材料吸收，与纯二氧化钛相比，复合材料在可见光照射下产生了更多的羟基自由基，羟基自由基有利于提高光化学降解反应的效率，如图1-7（b）所示。 与石墨烯/TiO2材料相比，Lee等[143]制备了TiO2纳米棒修饰石墨烯片，并在光降解效率方面获得类似的改进。 结果表明，石墨烯片上的TiO2纳米粒子的形态和分布对光催化活性存在很大影响。 此外，二氧化钛/石墨烯复合材料所具备的光催化活性也受到一些重要因素的影响，包括石墨烯的含量，所施加的电位和pH值。 为了表现出以石墨烯为基础的材料的优异的光催化性能，对CeO2–TiO2–石墨烯(CT-GH),CeO2–TiO2–碳纳米管(CT–CNTs)和CeO2–TiO2–活性炭(CT–AC)的光催化活性研究作了一个有见解的对比。 在紫外光的照射下，光催化降解去除活性红195（RR195）以及2,4-二氯苯氧基乙酸（2,4-D），同等条件下CT–CNTs纳米复合材料催化反应的产量是最高的。 光催化活性的提高可以归因于较高的比表面积以及较低的电子与空穴之间的复合率。 除了TiO2/石墨烯复合材料以外，许多其他的混合光催化剂已用于研究有机污染物的降解，如金/rGO，氧化锌/石墨烯，钒酸铋/石墨烯，XFe2O4/石墨烯（X=Zn、Mn、Co），钨酸铋/石墨烯，铜/rGO，CuO/石墨烯，Cu2O/石墨烯，三氧化二锰/石墨烯，碳化硅/石墨烯，硫化镉/石墨烯，硫化铜/石墨烯，沸石/石墨烯等。 例如，Xiong等[64]研究了金属修饰的石墨烯作为光催化剂降解染料。 这类材料在可见光照射下对水溶液中的染料具备优秀的光催化降解性能。 这可能是由于：（i）高吸附能力；（ii）与染料发色团之间的π–π键作用；（iii）高光敏电子注入和电子重组速率慢。 随后，研究复杂的石墨烯/氧化物复合材料降解有机污染物的数量日益增加。 另一个多功能复合材料，磁性光催化剂，如XFe2O4/石墨烯（X=锌，锰，钴），已被应用于降解有机污染物。 根据Fu的研究小组成果可知，与石墨烯耦合的MnFe2O4纳米粒子在可见光照射下对亚甲基蓝的光催化降解活性明显提高，虽然单独MnFe2O4没有光催化活性。 在这种情况下，铁酸锌/石墨烯系统提供双重功能：催化剂光催化降解亚甲基蓝是由于羟基自由基的强烈的氧化反应，并且在悬浮体系中可以进行磁性分离。
