Trong nghiên cứu này, vật liệu ống nano TiO2 (TNT) tổ hợp với các tấm nano graphene (Gr) dạng đĩa (nanoplatelete) được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt trong môi trường kiềm. Hình thái bề mặt và các đặc tính của vật liệu được phân tích bằng hình ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ dao động Raman. Tính chất quang của vật liệu được phân tích bằng phổ UV-Vis phản xạ rắn (DRS). Khả năng xúc tác quang của vật liệu được khảo sát bằng sự suy giảm màu của dung dịch methylene xanh dưới ánh nắng mặt trời trực tiếp, kết quả cho thấy khả năng xúc tác quang vượt trội của vật liệu tổ hợp với hiệu suất lên đến ~95%, trong khi vật liệu TNT ~63%. Cơ chế tăng cường khả năng xúc tác quang được giải thích bằng sự tăng cường sự hấp thụ vùng ánh sáng khả kiến cùng với sự suy giảm bề rộng vùng cấm ở vật liệu tổ hợp thông qua phổ DRS. Cụ thể, năng lượng vùng cấm của vật liệu tổ hợp sGr/TNT ~3.25 eV giảm đáng kể so với TNT ~3.68 eV.