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由于碳纳米材料优异的性能及其广泛的应用前景,对其表面进行功能化修饰成为了该领域目前的研究热点之一。本论文对炭黑（CB）表面进行聚电解质修饰并研究了其粒径、组装行为及气敏性能;对石墨烯及碳纳米管（MWNT）进行主-客体化学修饰并研究其电化学及气敏特性;通过引入非共价修饰、接枝聚合物刷和树枝状、超支化接枝等表面修饰方法对功能化石墨烯复合物的制备进行研究,赋予石墨烯复合物特定性能并进一步对其应用进行研究。（1）使用硝酸氧化法制备了四种羧化炭黑（CB-COOH）并考察了不同氧化时间对炭黑羧化程度的影响。采用酰氯化-羟基化-溴化的方法制备了三种不同溴化基团含量的溴化炭黑（CB-Br）并考察了不同溴化试剂量的影响。制备了RAFT试剂官能化炭黑（CB-SC（S）Ph）。采用SI-RAFT聚合法制备了五种不同聚丙烯酸表面接枝率的聚丙烯酸接枝炭黑（CB-g-PAA）并考察了聚合时间和丙烯酸单体用量的影响。研究了CB-g-PAA在不同pH值下的粒径变化,发现CB-g-PAA纳米粒子可随pH改变实现聚集-分散的可逆转变。分别研究了基于静电作用的小分子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）及阳离子星型聚电解质聚甲基丙烯酸-2-（二甲基）-2-乙基碘化胺乙酯Star-(PDMEAIEMA26)6诱导下CB-g-PAA纳米粒子的自组装行为,考察了不同CTAB及Star-(PDMEAIEMA26)6浓度的影响,得到了含有CB-g-PAA纳米粒子的微米级蜂窝状结构。对CB-g-PAA基器件的气敏性能研究表明其对于乙醇和正丁醇具有较大的响应,其对于乙醇有较好的溶剂耐受性。（2）通过β-环糊精（CD）存在下水合肼的原位还原制备了三种不同β-环糊精负载量的石墨烯-环糊精（RGO-CD）复合物,采用TGA、拉曼光谱、TEM、AFM表征了RGO-CD的形貌和组成。采用电化学方法研究了RGO-CD在DMF、DMSO两种不同极性溶剂中对二茂铁封端的树枝状PAMAM分子（PAMAM-Fc）的主-客体作用。发现RGO-CD复合物对目标客体分子PAMAM-Fc具有良好的富集效应及电化学识别性能。随着β-环糊精负载量增大,RGO-CD复合物对PAMAM-Fc的富集效应及电化学识别敏感性也随之增强。探讨了分别以DMF和DMSO作为溶剂时,RGO-CD的β-环糊精空腔对目标客体分子PAMAM-Fc上二茂铁端基的不同包含行为及其对电化学行为的影响。通过硝酸氧化法制备了表面羧化多壁碳管（MWNT-COOH）;制备了三种不同β-环糊精含量的多壁碳管-β-环糊精复合物（MWNT-CD）。采用FT-IR、TGA对其进行了表征。采用TEM观察了MWNT-CD的形貌,发现其具有较好的分散性。将MWNT-CD制备成气敏电极,分别测试了对THF、CHCl3和C6H6的气敏响应,发现其具有较好的响应性及灵敏度。（3）合成了1代和2代的树枝状PAMAM分子,采用核磁和FT-IR吸收光谱表征了所制备树枝状PAMAM分子的结构。采用"grafting to"法分别制备了四种不同代数及含量的树枝状PAMAM修饰石墨烯复合物（GO-PAMAM-DEN）。采用"grafting from"法制备了超支化PAMAM修饰石墨烯复合物（GO-PAMAM-HP）。分别利用SEM、TEM和AFM对所制备的树枝状、超支化PAMAM修饰石墨烯复合物的形貌进行了观察。分别以树枝状和超支化PAMAM修饰石墨烯为模板原位负载金纳米粒子,得到了金纳米粒子修饰的1代、2代树枝状PAMAM修饰石墨烯（Au@RGO-PAMAM-DEN）和超支化PAMAM修饰石墨烯（Au@RGO-PAMAM-HP）。采用TEM及HR-TEM、SEM和AFM观察了树枝状和超支化PAMAM修饰石墨烯负载金纳米粒子复合物的形貌。采用UV-vis吸收光谱表征了其组成。利用催化硼氢化钠还原对硝基苯酚反应作为模型反应对所制备聚酰胺胺修饰石墨烯负载金纳米粒子的催化活性进行评价,发现具有较高的催化活性。（4）利用三种不同分子量的低分子量壳聚糖对氧化石墨烯进行化学修饰,得到了三种壳聚糖修饰石墨烯（RGO-chitosan）。并利用UV-vis、XRD、FT-IR、TGA、拉曼光谱、XPS、Z电位等对其结构及组成进行了表征。利用TEM及SEM对其形貌进行了研究。测试了壳聚糖修饰石墨烯对水溶液中六价铬Cr（Ⅵ）离子的吸附性能。考察了在不同Cr（Ⅵ）起始浓度区间内浓度变化对吸附行为的影响。发现RGO-chitosan对Cr（Ⅵ）有较好的吸附性能。（5）通过表面溴化的方法合成三种不同ATRP引发基团含量的溴化石墨烯（GO-Br）,应用"grafting from"法分别将三种不同含量的PDMAEMA接枝到石墨烯表面,通过季胺化反应将其转化成带正电荷的GO-PAmMeI。分别利用SEM、TEM对所制备的GO-PAmMeI的形貌进行了观察。利用FT-IR对GO-PDMAEMA和GO-PAmMeI的组成进行了表征。利用TGA表征了GO-Br与GO-PAmMeI中含溴官能团及表面接枝聚合物的含量,发现表面接枝聚合物的量随着反应过程中加入单体量的增加而相应增加。表明应用原位ATRP接枝方法可以在一定程度上控制接枝聚合物的量。利用液相高温热解法制备了三种小粒径的超顺磁Fe3O4纳米粒子。利用TEM和HRTEM对所制备的Fe3O4纳米粒子的形貌进行了观察。分别将所制备的Fe3O4纳米粒子通过静电吸附负载到不同PAmMeI含量的GO-PAmMeI表面。分别利用TEM、AFM对所制备的Fe3O4@GO-PAmMeI的形貌进行了观察。利用XRD表征了所制备的Fe3O4纳米粒子和Fe3O4@GO-PAmMeI的晶相结构。对所得Fe3O4纳米粒子和Fe3O4@GO-PAmMeI复合物进行了磁性能测试。以Fe3O4@GO-PAmMeI复合物为吸附剂,研究了其对双酚A溶液的去除效果,发现所制备的Fe3O4@GO-PAmMeI复合物对双酚A有较好的吸附效率及较短吸附时间。