碳纳米管具有独特的结构和优异的理化性质，在催化和复合材料等领域受到人们的广泛关注。然而，碳纳米管的化学惰性和易团聚缠结的缺点，使其很难和其它物质作用或在溶剂中分散，从而限制了碳纳米管的实际应用。目前，解决这些问题的主要方法是对碳纳米管进行功能化。此外，碳纳米管作为催化剂在催化反应机理研究中，由于碳纳米管表面官能团种类和数目的不确定性，使其受到很大的限制；碳纳米管作为载体在与纳米粒子形成复合材料过程中，碳纳米管表面官能团也会影响纳米粒子的分散。因此，本文通过非共价键和共价键的方式，在碳纳米管表面进行特定基团的功能化，控制其表面官能团的种类和数目，深入探讨了功能化碳纳米管作为催化剂在硝基苯还原反应中的催化活性位以及作为载体对纳米粒子尺寸和活性的影响。将含有酮羰基的特定有机小分子（菲醌、蒽醌、蒽酮）通过范德华力和π-π相互作用等方式非共价键功能化到碳纳米管表面。比较了液相法和固相法对功能化碳纳米管表面的含氧官能团的影响。通过热重、X射线光电子能谱、拉曼光谱等表征手段，表明固相功能化的方法优于液相法。将功能化碳纳米管作为催化剂用于硝基苯还原反应中，结果显示菲醌功能化的碳纳米管具有更高的催化活性，碳纳米管表面的C=O的浓度和苯胺的产率具有很好的线性关系，从而确认了C=O基团是催化反应的活性位。与非共价键功能化方式相比，利用共价键功能化的方式对碳纳米管表面进行特定基团的功能化，可以提高基团在碳纳米管上的稳定性。利用1,3-偶极环加成反应对碳纳米管进行共价键功能化，在碳纳米管表面引入单一的酚羟基官能团。在微波辅助加热条件下，研究了反应温度对碳纳米管表面酚羟基浓度的影响。研究表明，通过改变反应温度可以调控碳纳米管表面酚羟基的数目，并定量给出单位碳纳米管表面含有的酚羟基的数目。此外，研究了未功能化、酚羟基功能化和硝酸氧化的碳纳米管作为载体对Pd纳米粒子尺寸和分布的影响，结果表明酚羟基功能化的碳纳米管负载Pd纳米粒子具有更小的尺寸、更好的分散性及稳定性，从而在4-硝基苯还原反应中具有更高的催化活性。碳纳米管除了作为金属纳米粒子的载体外，也可以负载金属氧化物纳米粒子。采用水热法在无表面活性剂的条件下，制备出了γ-Fe2O3纳米粒子/聚合物复合材料，分析了甲醛和氢氧化钠的用量对纳米粒子尺寸的影响，通过优化反应条件，最终得到的γ-Fe2O3纳米粒子的粒径尺寸为3.5nm。研究结果表明，甲醛和氢氧化钠的用量影响了聚合物的生成，聚合物抑制了γ-Fe2O3纳米粒子的团聚及长大，这种γ-Fe2O3纳米粒子/聚合物复合材料在硝基化合物的还原反应中显示出优异的催化活性和稳定性。在此基础上，我们将γ-Fe2O3纳米粒子负载到碳纳米管表面，在惰性气氛下对其进行炭化，获得了Fe3O4纳米粒子/碳纳米管复合材料，研究了不同碳载体对Fe3O4纳米粒子催化硝基苯还原反应活性的影响。结果表明，与无定型碳包覆的Fe3O4纳米粒子相比，碳纳米管载体有利于Fe3O4纳米粒子的分散，提高了粒子在炭化过程中的稳定性，从而提高了Fe3O4纳米粒子的催化活性，同时这些碳基复合材料催化剂的强磁性有利于催化剂的回收和利用。