碳材料是人类生存和发展的基础材料,是人类文明的基石。石墨烯是碳材料家族的后起之秀,是构成其他碳同素异形体的基本单元。它由单层碳原子紧密堆积形成二维蜂窝状晶格结构,具有大比表面积、优异的导热、导电、机械和光学性能,应用潜力巨大。石墨烯一个重要的应用就是与其他组分复合,制备石墨烯基复合材料。从结构上看,其他组分在石墨烯表面的存在克服了石墨烯片层之间的相互作用,抑制了其团聚,石墨烯的二维结构也为两种组分的复合提供了理想的平台。从性能上看,石墨烯基复合材料不但兼具两种组分的固有特性,而且能够产生协同效应,具有潜在的应用价值。本论文开展了低温化学气相沉积(CVD)法合成石墨烯的研究,并测试了其拉曼增强效果;开展了氧化石墨烯的制备研究,将其作为石墨烯基复合材料的原料;开展了铁氧体纳米棒/石墨烯复合材料、铁氧体中空球/石墨烯复合材料的制备研究,并将其用于吸波领域,以期开发厚度薄、质量轻、吸收频带宽、吸波性能强的新型吸波材料;开展了硫化镉量子点/石墨烯复合材料的制备研究,将其用于光催化领域,以期解决硫化镉半导体光催化剂光腐蚀及光生电子与空穴易复合等问题,从而改善其光电性能。主要研究内容和结果如下:(1)以镍箔为催化剂,乙烯为碳源,采用CVD法低温合成石墨烯。研究生长温度、碳源流速和生长时间对石墨烯结构的影响。结果表明,生长温度太低不利于石墨烯的生长,高温易于得到缺陷较少的石墨烯。较低流速,较长生长时间有利于改善石墨烯的质量。将所合成的石墨烯用于表面增强拉曼散射,对痕量的罗丹明B表现出较好的检测效果。(2)以天然鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯。结果表明,天然鳞片石墨经过氧化处理后,其片层上引入了大量的含氧官能团。氧化过程打破了石墨原有的有序晶格结构,所得氧化石墨烯约含1-2层碳原子,呈现出平整的片层状结构,且在其表面和边缘部分存在大量的褶皱。(3)采用表面活性剂辅助水热法,以氧化石墨烯和金属盐为原料,原位制备铁氧体纳米棒/石墨烯复合材料。探讨了金属盐与氧化石墨烯质量比、水热反应温度、反应时间对复合材料形貌和结构的影响规律,发现mFeCl3?6H2O:mGO=2:1,水热反应温度为130℃,水热反应时间为18小时所得铁氧体纳米棒/石墨烯复合材料形貌和晶型较理想。Ni Fe2O4纳米棒/石墨烯复合材料和Co Fe2O4纳米棒/石墨烯复合材料的饱和磁化强度分别为22.5 emu/g和42.5 emu/g。Ni Fe2O4纳米棒/石墨烯复合材料的最小反射损耗为-44.6 dB,出现在吸波剂为4 mm厚、频率为7.6 GHz时,有效吸收带宽(RL<-10dB)为3.1 GHz。CoFe2O4纳米棒/石墨烯复合材料的最小反射损耗为-25.8 dB,出现在吸波剂厚度为2 mm、频率为16.1 GHz时,其有效吸收带宽为4.5 GHz。(4)采用气相扩散法,首先得到前躯体沉淀,然后高温煅烧得到铁氧体中空球/石墨烯复合材料。研究表面活性剂种类和浓度、溶剂种类、反应温度和反应时间对复合材料形貌和结构的影响。结果表明,当表面活性剂为PVP(K30)、浓度为2 g/20 m L,沉淀剂为尿素、用量0.24 g,溶剂为20 m L乙醇,160℃反应24小时所得铁氧体中空球/石墨烯复合材料形貌和晶型较理想。Co Fe2O4中空球/石墨烯复合材料的饱和磁化强度为41.4 emu/g,低于CoFe2O4中空球的饱和磁化强度(51.6 emu/g)。最小反射损耗为-24.7 d B,出现在吸波剂厚度为4 mm、频率为5.6 GHz时,其有效吸收带宽为2.4 GHz。(5)采用气相扩散法,乙二醇为溶剂,硫代乙酰胺为沉淀剂,得到硫化镉量子点/石墨烯复合材料。研究反应温度和时间对复合材料形貌和结构的影响。结果表明,80℃反应12小时所得硫化镉量子点/石墨烯复合材料中硫化镉为立方晶型,尺寸为4-7nm,硫化镉和石墨烯均无团聚,形貌和晶型较理想。采用电流-时间曲线和电化学阻抗谱探究石墨烯在复合材料中所起的作用。研究不同组分比例的硫化镉量子点/石墨烯复合材料对水溶液中亚甲基蓝的光催化降解,结果表明复合材料表现出优于硫化镉的光催化性能。复合材料中石墨烯含量为29.3wt%时,其光催化性能达到最佳。