石墨烯作为一种新型材料,具备独特的结构和优异的物理、化学性质,并可以与金属、半导体等一系列功能材料相复合成为性能更加优异的复合材料。因而,成为当前众多领域争相研究的热门材料。在本论文中,我们以获得制备过程简单、成本低、活性高、易回收的石墨烯基复合材料为目标,设计并构建了一些具有三维网络结构的新型石墨烯组装体。在此基础上,对所得三维石墨烯组装体在催化还原、光催化制氢以及超级电容器领域的应用进行了进一步的探讨。其主要研究内容如下:以氧化石墨烯(GO)作为组装材料的组装单元,葡萄糖作为连接单元,通过一步水热合成法制备了具有超高比表面积的三维石墨烯组装体。然后采用原位还原技术将Ag纳米颗粒引入到所制得的三维石墨烯组装体中,最终得到了负有Ag纳米颗粒的石墨烯气凝胶(3DGA/Ag)。通过 SEM、TEM、FT-IR 光谱、Raman 光谱、XRD、BET 和 XPS 等方法对所得的3DGA/Ag复合材料进行详细的表征以研究其物理化学特性。同时,在模拟流动式反应器中考察该复合材料在不同实验条件下对4-硝基苯酚(4-NP)还原为4-氨基苯酚(4-AP)反应的催化活性及其催化稳定性。结果表明,石墨烯气凝胶的三维结构可以有效抑制Ag纳米颗粒的聚集,从而为4-硝基苯酚催化还原反应提供了更多的催化反应活性位点。当Ag纳米颗粒负载量为20%时,该复合材料表现出了非常高的催化活性。在它的作用下,可以使4-硝基苯酚快速、完全地转变为4-NP。室温下,3DGA/Ag纳米复合材料在16分钟内即可使100 mL浓度为0.15 mmol L-1的4-NP完全降解。通过一步水热法制备了以三乙烯四胺分子为石墨烯纳米片间连接单元的石墨烯三维组装体。然后,再通过原位光沉积法将CuO纳米颗粒沉积于上述石墨烯三维组装体中。在此基础上,使用曙红Y作为光捕获单元,构建了由石墨烯三维组装体、CuO纳米颗粒及曙红Y组成的光催化制氢体系。同时,对该光催化制氢体系的光催化制氢性能以及体系的催化稳定性进行了评价。结果表明,制备的复合物在可见光下具有优异的催化制氢性能。在最佳条件下,催化产氢效率可达到5.58 mmol g-1 h-1,是负有CuO的还原石墨烯纳米片的2.3倍。并且其催化稳定性也比较令人满意。使用4个循环后,在其催化作用下产氢速率还可与负有CuO的还原石墨烯纳米片的相当。此外,我们还对体系的光催化制氢机理进行了初步探讨。研究显示在光催化过程中CuO纳米颗粒起着光解水析氢活性位点的作用。石墨烯三维组装体在光催化体系中也发挥着重要的作用。它不仅可为光生电子转移提供快速的电子通道,而且还可以使牺牲剂向催化剂表面的扩散以及H2的脱附变得更为有效。这些结果为今后设计、制备高效可见光催化剂提供了一种新的思路。通过一步水热法和原位光还原法制备了负载有CuO纳米粒子的、由三乙烯四胺连接而成的石墨烯三维组装体。在此基础上,考察了所得石墨烯三维组装体在超级电容器领域中应用的可能性。结果表明,该石墨烯三维组装体是一个很有前途的超级电容器材料。由其组成的电容器具有很高的充、放电容量。在室温下,其充、放电容量可高达154F/g。这个优异的充、放电性质有可能源自石墨烯三维组装体的超高比表面积以及良好的导电性能。另外,氧化铜纳米粒子与石墨烯纳米片之间的协同作用也起了重要的作用。通过本论文的研究,我们进一步认识到由于协同作用的存在,石墨烯三维组装体不但具有石墨烯纳米片的固有性质,而且还可能表现出一些与单一纳米片不同的新性质。这些新的特性为设计和开发制备方法简单、结构新颖、性能优异的石墨烯基功能材料提供新的思路。