廉价过渡金属氧化物在特定条件下通过发生可逆氧化还原反应，可以产生很大的准电容容量或储锂容量，是电化学电容器或锂离子电池电极材料的可能选择。廉价过渡金属氧化物成为储能器件的商品电极材料主要存在如下障碍：一方面，过渡金属氧化物导电性较差，导致储能器件的内阻较大；另一方面，在充放电循环过程中，电解液离子的嵌入/脱嵌可能引起材料结构或电极结构的破坏或塌陷，导致循环性能不佳。将过渡金属氧化物负载于导电性良好的炭材料（如石墨烯、碳纳米管、多孔炭等）表面，是解决上述问题的方法之一。石墨烯作为储能材料在太阳能电池、超级电容器、锂离子电池等领域已展示了良好的应用前景，同时，其二维平面结构和良好的导电性，也使其成为分散/锚接各种功能化粒子制备复合材料的理想基体。本文采用水热合成法，制备了石墨烯/氧化镍、石墨烯/氧化钒纳米管和石墨烯/四氧化三钴复合材料，采用多种表征手段对材料的形貌结构及电化学性能进行了系统研究。与单纯过渡金属氧化物相比，石墨烯/过渡金属氧化物复合材料的电化学性能发生了显著改善。具体内容如下：（1）以石墨烯、硝酸镍为前驱体、尿素为沉淀剂、十六烷基硫酸钠为表面活性剂，经水热-热处理过程制备了石墨烯/氧化镍复合材料。氧化镍呈丝网状分散于石墨烯表面。氧化镍含量为52%时，复合材料在2MKOH溶液中的质量比电容为360F/g，明显高于石墨烯（113F/g）和氧化镍（220F/g）。复合材料的电化学可逆性和循环稳定性也得到了显著改善。（2）以氧化钒溶胶、石墨烯为前驱体，十六胺为结构导向剂，经过简单的水热反应，合成了石墨烯/氧化钒纳米管复合材料。氧化钒呈纳米管状均匀分散于石墨烯表面。当氧化钒含量为69%时，复合材料在2MNa2SO4溶液中的质量比电容为188F/g；同样条件下，石墨烯和氧化钒纳米管的质量比电容分别仅为94F/g和88F/g。交流阻抗（EIS）模拟表明发生准电容时氧化钒质量利用率的提高、电荷传递电阻的降低导致了复合材料电化学电容性能的改善。（3）采用液相低温氧化法，合成了石墨烯/四氧化三钴复合材料，并考察了其电化学电容性能和锂离子电池负极性能。结果表明：石墨烯作为负载基体，提供了大量的异相成核点，促使了电化学活性更高、晶粒尺寸更小的Co3O4生成。与同条件下制备的纯Co3O4的对比研究表明，石墨烯的引入导致了Co3O4晶粒尺寸的改变和电导率的改善，从而使复合材料的质量比电容和储锂容量大幅提高。