石墨烯是由碳原子紧密连接成蜂窝状的一种单层二维结构碳材料。由于其具有优异的物理化学性能，使得石墨烯及其功能复合材料的潜在应用前景良好，特别是应用于催化剂、能量存储设备等领域，受到了广泛的关注。本文首先采用改良Hummers法制备了氧化石墨烯材料，然后尝试通过多种途径制备合成了多种石墨烯/半导体纳米复合材料，探索研究了其光催化性能或者电化学储锂性能，并进一步探索了其相应的光催化机理或储锂机制。主要的研究工作内容包括：1.氧化石墨烯的制备与表征以天然石墨为原料，采用改良的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）。研究结果表明， GO为透明或半透明的单层或多层片状二维结构，并带有卷曲褶皱来保持二维片状结构的热力学稳定性；GO表面含有较多的含氧官能团（如羟基、羧基、羰基等），具有许多无序、高氧化度的sp3平面和碳原子空位缺陷。2.石墨烯/半导体氧化物纳米复合材料的制备及其光催化性能研究将光催化剂与石墨烯复合，一定程度上有望提高改善光催化剂的光降解效率，值得我们继续研究。(1)采用了溶剂热法将P25(商用TiO2)纳米颗粒负载在石墨烯表面合成了TiO2-GE纳米复合材料。实验结果显示TiO2(B)相的TiO2-GE纳米复合材料中，尺寸为15~20nm的TiO2纳米颗粒良好地分散在二维的石墨烯片上。同时其在亚甲基蓝降解过程中显示出优异的光催化活性。这可能是由于石墨烯的引入，拓宽了光吸收的范围，增强了光吸收强度，有效地改善光催化剂的光催化活性，使TiO2-GE纳米复合材料具有良好的潜在的应用前景。(2)以GO和在二甘醇介质中回流醋酸锌获得的ZnO微米球为原料，采用冻干法将石墨烯包覆在了ZnO微米球表面制备出ZnO-GE纳米复合材料。样品的形貌结构测试表征显示，透明的石墨烯所包覆的ZnO微米球是由无数六方纤锌矿结构的晶体构成，且直径约为100~400nm。光催化降解亚甲基蓝测试表明，相比于纯ZnO微米球，ZnO-GE纳米复合材料表现出更高的光催化效率。这种显著的光催化性能提高可能是由于石墨烯的引入，增强了对污染物的吸附作用；拓宽了光吸收的范围，促进了光生电子的高速传输，从而获得了较高的光催化性能。3.石墨烯/半导体纳米复合材料的制备及其电化学储锂性能研究石墨烯独特的性质使得其非常适合构造网状结构的石墨烯基复合材料，改善锂离子负极材料的电化学性能。(1)采用高能球磨法将商业Si纳米颗粒与石墨烯复合，制备出不同GE含量的Si-GE纳米复合材料。结果表明Si纳米颗粒均匀地分散在柔软的石墨烯片上。相比于纯的Si纳米颗粒电极，Si-GE纳米复合材料电极显示出较好的可逆比容量及循环性能。改善的电化学性能可归因于Si-GE纳米复合材料中，石墨烯起到了便捷的导电网络作用确保传递电子的快速传递，改善了离子导电率及电荷迁移速率。同时，在锂离子嵌入-脱出的过程中缓解了活性物质体积变化。(2)通过水热法，在不添加任何还原剂及表面活性剂的情况下合成了不同质量比例的TiO2-GE纳米复合材料。测试结果表明了TiO2-GE纳米复合材料中，锐钛矿相的TiO2纳米管纵横交错分散在石墨烯片上。TiO2-GE纳米复合材料，尤其是TiO2-5%GE，显示出优良的倍率性能及循环稳定性。这可能是由于二维的石墨烯较高的比表面积及良好的导电性促进了TiO2纳米管的储锂性能。