碳材料由于具有良好的力学，电学及化学性能而得到广泛的研究，特别在电化学领域中碳材料具有独特的优势。碳材料的维度不同使其具有不同的电化学性质。具有独特二维结构的石墨烯，由于具有大的理论比表面积，优异的导电性，优异的化学稳定性以及可塑性等特点被广泛的应用于电化学领域。具有一维结构的碳纳米管也在电化学领域具有独特的优势。本文主要制备了各种具有不同维度的碳功能复合材料，并测试其电化学性能和功能化应用。我们首先以氧化石墨烯，氰胺和硝酸铁为前驱体采用一锅煮的方法，制备了石墨烯复合物Fe-C-N氧还原（ORR）电催化剂。研究发现金属铁盐有利于ORR活性位的生成，氰胺的添加可以使Fe-C-N具有多孔疏松结构。石墨烯复合物Fe-C-N在碱性和中性溶液中都表现出优异的ORR催化活性。我们用Fe-C-N催化剂为阴极材料组装了一个亚甲基蓝燃料电池，该燃料电池在发电的同时可以去除溶液中的亚甲基蓝。该燃料电池在电流密度为81μAcm-2时，可以释放最大的功率7.3μW cm-2。其次，我们采用一步煅烧法合成了石墨烯和碳纳米管的三维复合材料，并研究其在电化学超级电容器中的应用。该复合物具有独特的石墨烯和碳纳米管相互穿插的纬度结构，比表面积可以达到903m2g-1，该石墨烯和碳纳米管复合物具有良好的电化学超级电容器性能。石墨烯和碳纳米管的直接连接，使两者之间存在一定的协同作用，有利于提高该复合材料的超级电容器性能。另外，该复合材料中碳纳米管的长度可以通过改变前驱体的比例调节，不同长度的碳纳米管对产物的超级电容器性能也有影响。经过优化，我们发现，这种石墨烯和碳纳米管的三维复合材料，最大的比电容可以达到413F g-1。独特的三维结构也赋予了该石墨烯和碳纳米管复合物优异的超级电容器稳定性，在1A g-1的放电电流密度下，经过5000次循环后，GN-CNT6.0的比电容比最初值提高了15%。此外，我们采用海绵为模板，合成了具有3D多孔结构的石墨烯材料，并将其用于电容除盐。利用这种方法，所得的石墨烯材料具有疏松多孔的结构，且具有较大的比表面积（305m2g-1），其孔径分布可以达到3.5nm-89.9μm。这种3D多孔结构的石墨烯材料在电容除盐中表现出良好的性能，在20mL初始电导率为106μS cm-1的NaCl溶液中，流速为3mL min-1，电极两端施加的电压为1.5V的条件下60min可以达到4.95mg g-1的除盐量。同时，这种3D多孔结构的石墨烯材料还具有良好的脱盐性能，可以在25min脱除材料中电容吸附的离子。最后，我们还制备了一维碳纳米管和氧化铜的复合物，并将其用于电化学葡萄糖传感器的构筑。通过表面活性剂可以调控氧化铜的形貌，得到纳米叶片状的氧化铜材料，该材料和碳纳米管的复合，得到一种具有优异的电化学检测葡萄糖的电极材料。其对葡萄糖的灵敏度为664.3mAmM-1cm-2，检测极限达到5.7μM。