石墨烯作为一种新型的二维碳材料,由于其独特的电学、热学和力学等性能,引起了科学界的广泛关注与研究。基于石墨烯的材料已在光学、电子学、传感器、储能器等诸多领域显示出了巨大的应用前景。本论文根据大量的资料调研和分析石墨烯近期的一些研究和成果的基础上,以制备高性能的石墨烯以及石墨烯基纳米复合材料为主要目的,采用不同的制备方法制备了多种新型的石墨烯及石墨烯基复合材料,并深入研究了石墨烯基复合材料的光催化以及超级电容性能,进一步探讨了材料的特殊结构与优异性能之间的关系,为石墨烯基功能材料的实际应用奠定基础。主要研究内容如下:1、以天然石墨为原料制备氧化石墨,采用高温热膨胀法与原位光催化还原法相结合的方法成功制备了一种新型石墨烯-钛酸镧纳米复合材料并进一步研究这种复合材料的光催化性能。通过研究复合材料对罗丹明B的光催化降解性能实验发现,相比于单纯的钛酸镧纳米片,复合材料的光催化性能大幅度提高,在光催化降解30min后便达到了将近80%的降解率,这主要归因于石墨烯高的比表面积对有机染料较好的吸附能力,石墨烯与钛酸镧纳米片较好的复合效果,以及石墨烯优异的电子传输性能对钛酸镧纳米片在紫外光照下产生的电子-空穴对的有效分离。2、以苯酚、甲醛为原料合成水溶性低分子量酚醛树脂作为前驱体,泡沫镍作为模板,结合水热法和热处理法制备出新型的三维石墨烯基底后,进一步通过化学浴沉积的方法制备出三维氧化镍-石墨烯-泡沫镍复合材料。将三维氧化镍-石墨烯-泡沫镍复合材料直接用做超级电容器的电极,通过循环伏安法,恒流充放电等电化学测试发现,石墨烯材料的引入不但有效地提高了氧化镍材料的导电性,也使得氧化镍材料的超级电容性能得到了显著的提高,电容值提高了将近80%,具体的结构与性能之间的关系在文中作了详细的分析。3、以膨胀石墨为前驱体,聚苯乙烯小球作为模板,采用抽滤法和模板法相结合的方法直接在泡沫镍上制备出新型的三维絮状石墨烯基底材料,进一步通过水热-热分解法在三维絮状石墨烯-泡沫镍基底上制备出四氧化三钴纳米簇结构,最终得到三维四氧化三钴-絮状石墨烯-泡沫镍复合材料。这种三维四氧化三钴-石墨烯-泡沫镍复合材料可直接用于超级电容器的电极,通过循环伏安法,恒流充放电等电化学性能测试发现,三维絮状石墨烯的引入不仅提高了四氧化三钴材料的导电性,也使得四氧化三钴纳米簇材料的超级电容性能得到显著的提高,电容值提高了66.8%,具体的结构与性能之间的关系在文中作了详细的分析。最后,通过合理的方法设计和组装了非对称电容器并进行电化学性能的测试,使复合材料的制备研究更加贴近实际的应用。