石墨烯,一种新型的二维单原子片层碳纳米材料,自从2004年发现以来以其独特的结构、电学、热学、光学和机械性能等一系列综合性能吸引了广泛的关注,而迅速成为物理、化学、材料学等领域的研究热点。但由于石墨烯表面缺少官能团且在溶剂中分散性不好而限制了其在很多领域的应用。近几年来,已有一些有关不同手段对石墨烯或氧化石墨烯进行改性或功能化的报道,包括有机和无机功能化。但是,石墨烯的功能化仍然有一些方面需要进一步提高,如功能化方法的改进,功能化石墨烯分散性的提高等等。本论文针对该领域存在的一些基本问题,开展了石墨烯的有机功能化和无机功能化研究,采用简便有效的途径合成了多种功能化石墨烯。具体工作及结果如下:1)合成了一种新型多功能性的磁性纳米粒子功能化石墨烯。通过高温液相水解法在石墨烯表面均匀包覆一层单分散性高度结晶的Fe3O4磁性纳米粒子。应用原子力显微镜、透射电镜、扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、拉曼光谱、近边X射线吸收精细结构谱等多种分析测试手段对产物的结构和性能进行了表征。通过一系列对比实验和机理研究表明,此方法具有很好的可控性,可以通过改变各种反应条件实现对石墨烯上的纳米粒子的尺寸和磁性进行调节。所得产物具有优良的超顺磁性(饱和磁化强度可达44 emu/g)和导电性(电导率为0.7 S/m),可以进行进一步表面化学修饰。其还具有良好的溶剂分散性和可加工性,与高聚物通过溶液加工的方法很容易进行复合,得到新型的磁性导电的石墨烯-聚合物复合材料。2)合成出钯,铂,金,银等金属纳米粒子功能化石墨烯。通过液相还原方法,可以在石墨烯的基体上生长出纳米尺寸的贵金属晶体粒子。透射电镜和扫描电镜的观测结果表明所得金属纳米粒子均匀点缀在石墨烯纳米片的表面。产物具有较好的溶剂分散性。拉曼光谱、X射线衍射和能量散射光谱测试验证了金属纳米晶体在还原的氧化石墨烯上的存在,金属元素Pd, Pt, Au和Ag的重量含量分别达到38.6%, 17.5%, 18.2%和18.3%。3)基于氮烯化学的途径合成对石墨烯进行有机功能化。合成方法简便高效、普适性强,可以使各种功能基团和聚合物以共价形式连接到石墨烯表面。应用原子力显微镜、透射电镜、扫描电镜、热失重分析、X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱等对产物进行了表征。结果验证了在石墨烯上成功引入各种有机基团,如羟基、羧基、氨基、溴基、长链烷基、聚乙二醇、聚苯乙烯等。其中的各种反应性基团仍然保持化学反应活性,可以通过进一步的化学反应进行修饰,如表面引发的聚合反应,氨基化反应和金属粒子的还原反应。所得功能化石墨烯具有分散的单片结构和优良的导电性、溶剂分散性以及可加工型。这种功能化石墨烯的通用方法可以拓展到合成其他种类的功能化石墨烯,在功能化石墨烯领域中开辟了一片新天地。