碳基纳米材料由于其特异的力学、电学、光学、热学等性能,在传感、催化及可再生绿色能源领域具有重要应用前景。低维碳基纳米结构的表面功能化修饰及可控组装是构筑高效能量储存和转换材料及器件的基础。本文借助化学氧化法得到零维氧功能化石墨烯量子点、一维氧功能化石墨烯纳米带及二维氧功能化石墨相氮化碳纳米片。基于上述原料,制得铂铜合金-石墨烯量子点复合胶囊、叠层纱状氧功能化石墨烯纳米带气溶胶及氧化亚铜-石墨相氮化碳核-壳纳米线,其分别在氧还原反应、湿气产电及湿气响应中表现出相关性能。1)零维氧功能化石墨烯量子点利用双自发还原和组装策略实现了氧功能化石墨烯量子点与铂铜合金纳米颗粒的常温组装,制备得到结构新颖的铂铜合金-石墨烯量子点复合胶囊。该胶囊中的空心铂铜合金壳层是由铂铜纳米颗粒组装堆叠成的,其表面含有大量孔隙缺陷,可作为催化中心与氧分子作用;外层石墨烯量子点组装的壳层则因其边缘缺陷可调节反应中间产物与催化剂表面的结合,进而增进催化活性。将该胶囊用作氧还原反应的催化剂,其质量活性是商业铂黑的2倍,起始还原电位比铂黑低40 mV,表明该复合胶囊在催化氧还原反应方面具有重要应用前景。2)一维氧功能化石墨烯纳米带以冰晶为模板实现了氧功能化石墨烯纳米带的大规模组装。通过调控起始冻干样品的浓度构建出不同微观结构的氧功能化石墨烯纳米带组装体,进而得到叠层纱状氧功能化石墨烯纳米带气凝胶,其内部层层有序排列的网状结构不仅构建了丰富的孔道结构,促使其与湿气中的水分子密切作用及高的吸湿量,同时确保了其作为功能器件的优异力学性能。对其进行湿电协同电极化处理,构筑出的梯度叠层纱状氧功能化石墨烯纳米带气凝胶在湿气刺激下可输出40 mV的电压,输出功率密度为120 mW m^-2。同只具备单一网络结构或叠层结构的两种梯度氧功能化石墨烯纳米带气凝胶的产电性能做比较,证实微观结构对器件性能的表达起到重要作用,这对于构建新型微观结构的碳基材料并使其用于能量转换领域起到指导作用。3)二维氧功能化石墨相氮化碳纳米片基于1)所述,活性金属可在室温下诱导氧功能化的石墨烯量子点在其表面实现自发还原及组装的经验,我们进一步证实活性金属铜可诱导二维氧功能化石墨相氮化碳纳米片在铜箔表面进行室温自发还原及组装,制备得到具有高度分级结构的氧化亚铜-石墨相氮化碳核-壳纳米线。基于该纳米线内部氧化亚铜与石墨相氮化碳的协同作用及其边缘毛刺造成的分级结构,该复合纳米线呈现出湿气及光电流响应。