石墨烯是sp2杂化的碳原子构成的二维单原子片层,可以看作是碳族材料的基本组成单元。石墨烯的二维结构和长程π电子共轭赋予了其独特的热、机械以及电性质,因此石墨烯在理论研究与实际应用两方面都具有重要价值。本文针对生物传感器中存在的电子传递速率慢、酶活性难以保持等问题,通过引入石墨烯和金纳米粒子构成复合材料,来促进酶和电极间的电子传递并使酶保持催化活性,从而提高传感器的性能。同时,为制备具有特殊功能性的石墨烯基复合材料,本文以氧化石墨烯和金属盐前驱体为原料,通过溶剂热法制备了石墨烯-Fe3O4和石墨烯-TiO2复合材料,并考察了其应用性能。本文第二章通过化学法制备水溶性石墨烯。首先用常规的Hummers方法以及超声作用得到氧化石墨烯,在用水合肼还原氧化石墨烯之前,引入一步磺化过程,使最终得到的石墨烯表面带上磺酸基团(-SO3-),并利用此磺酸基团之间的静电排斥作用,使石墨烯在水中达到稳定分散。本文第三章利用制得的水溶性石墨烯,分别构筑新型的基于石墨烯的过氧化氢传感器和葡萄糖传感器。(1)将石墨烯和过氧化氢酶HRP分散于壳聚糖溶液,滴涂于玻碳电极表面形成一层均匀的生物膜,通过电镀在电极表面生长金纳米粒子。循环伏安显示此电极可以实现HRP的直接电化学,并且可以电催化H2O2的还原。此过氧化氢生物传感器响应时间小于3s,检测线性范围从5×10-6M到5.13×10-3M,检测限约为1.7×10-6M。(2)将石墨烯、预先制备好的金纳米粒子、葡萄糖氧化酶共同分散于Nafion溶液,并将此混合分散液滴涂于玻碳电极表面构筑葡萄糖生物传感器。在溶液中存在对苯二酚的情况下,此电极对葡萄糖的加入会产生一个快速响应的台阶电流,显示了典型的对葡萄糖的催化氧化反应。传感器的线性范围从15×10-6M到5.8×10-3M,检测限约为5×10-6 M。本文第四章以氧化石墨烯和金属盐前驱体为原料,通过溶剂热法一步制备石墨烯/金属氧化物的复合材料。(1)以氧化石墨烯和氯化铁为原料,通过溶剂热法制备了石墨烯/四氧化三铁复合材料(G-Fe3O4)。在反应釜内部的高温高压环境中,含氧基团被分解,氧化石墨烯被还原成石墨烯,同时,吸附于氧化石墨烯表面的铁离子也发生反应原位生成Fe3O4粒子。Fe3O4的大小和在石墨烯表面的分布密度可以通过原料中Fe3+的浓度来调节。所得的G-Fe3O4在室温下的饱和磁化强度可达45.5 emu g-1。G-Fe3O4可用于药物的负载和靶向投放,G-Fe3O4对阿霉素的饱和负载率达到了65%。以G-Fe3O4作为电极修饰材料构筑的过氧化氢生物传感器,也具有良好的性能。(2)以氧化石墨烯和钛酸正丁酯为原料,通过溶剂热法制备了石墨烯/二氧化钛复合材料(G-TiO2)。结果显示锐钛矿相的TiO2粒子在石墨烯表面分布均匀且粒径平均。与纯的TiO2相比,G-TiO2在紫外-可见吸收谱中的吸收边缘明显向可见光区域移动。G-TiO2的结构依赖于溶剂热反应的时间,适当延长反应时间可以有利于石墨烯与TiO2之间形成化学键,得到结合更好、分散更为均一的复合材料。石墨烯的引入可以有效阻止TiO2电子空穴对的复合,这可以用G-TiO2的荧光淬灭来证明。G-TiO2对亚甲基蓝的光催化降解活性还与原料中氧化石墨烯的含量有关,最佳制备条件下得到的G-TiO2,在模拟太阳光的照射下,3小时内可以催化降解超过75%的亚甲基蓝。本文还进行了部分类石墨烯材料的研究。在第五章中,利用液相法制备了二维MOS2片,探测到其与块状MoS2完全不同的荧光发射性质。通过引入Ag@SiO2核壳复合材料,利用金属增强荧光的机理可进一步提高二维MoS2的荧光强度。