随着能源、催化和环境等领域相关应用对材料的要求不断提高，通过结构设计，制备功能性、结构可调控的材料，进而实现特定应用，逐渐成为目前的一大研究热点。我们通过自下而上合成方法，基于单体结构的设计、反应条件的控制，合成了一系列结构可调控、可修饰、可高效复合的新型石墨烯基富碳纳米材料；将其作为结构模型，系统研究了在化学催化、电催化等领域中材料的结构与性能的相关关系，特别是深入探讨了材料的导电性、比表面积、孔结构及孔分布、杂原子掺杂类型、掺杂浓度及掺杂状态等对其电催化性能的影响，得到了通过传统碳材料研究很难得到的并且具有一定指导意义的研究结果。研究大大推动了石墨烯基富碳纳米材料在催化领域的应用，为今后开发新的结构材料体系提供了思路，此外，可以预见石墨烯基富碳纳米材料不仅可很好地应用于催化领域，还将会扩展到材料学的各个领域，进一步使得人们对材料学的理解逐渐深入到分子层面，从而为新型高性能功能材料开发提供实验依据和理论参考。