石墨烯无论是在纳米材料、生物工程、精细化工方面具有着非常重要的应用前景。从理论上来看它为金属纳米粒子或聚合物提供了独特的二维支撑体,独特的物理、化学和机械性能可以制备具有优异性质的复合材料。通常,二维的石墨烯材料以粉状形式存在,其优异的比表面积及导热与导电特性会受到限制,故发展以三维石墨烯骨架为主体的复合材料具有重要的学术价值和广泛的应用前景。本论文即是立足于这个思路,分别设计并合成了三维石墨烯／高分子复合材料、三维石墨烯／无机纳米粒子的复合材料,并研究它们在新型功能材料领域的应用,特别是三维石墨烯/无机纳米复合材料作为催化剂在生物质转化领域中的应用。在第二章中,不同于将石墨烯作为添加剂来改变高分子玻璃体转变温度,我们将石墨烯三维网络和高分子网络相结合,制备了石墨高分子复合材料；发现双交联材料具有很好的材料韧性(可以被拉伸六倍长度不断裂)和电化学特性；同时复合材料对于不同极性的气体具有明显的响应行为。表明制备的石墨/高分子复合材料在传感器和柔性导电材料中具有重要的应用前景。在第三章中研究了基于氧化还原反应的石墨烯制备调控新方法,利用强氧化剂对石墨片进行插层和引入亲水基团,形成石墨烯氧化物;进一步通过维生素碳还原制备了石墨烯水凝胶；并且通过冰模板调控,提升了石墨烯气凝胶在电化学和材料学方面的性能。利用石墨烯比表面积高的优势,制备了Nb205纳米粒子沉积的石墨烯片层；利用石墨烯做催化剂载体,实现了催化剂的亲水与疏水性调控,有利于果糖转化为HMF过程。在第四章中,通过石墨烯和金属有机框架结构(MOF)材料的有机结合,设计并合成了三维ZIF-8/RGO复合材料；利用ZIF-8/RGO材料作为催化剂,研究了纤维素在均相水溶液中的转化降解行为,实现了选择性地将纤维素转化为甲酸、乙酸和草酸等小分子化合物。在第五章中,设计并合成了铁基及铬基MOF及其与三维石墨烯的复合物,研究了果糖脱水催化转化过程中催化剂组分、反应温度和反应时间对果糖转化的影响,获得了果糖脱水转化成HMF以及甲酸的控制因素与优化反应条件。