石墨烯由于其独特的结构、优异的物理、化学和光学性质，在光电子、能源催化、生物医学等领域展现出了巨大的应用前景。为满足其在能源技术领域应用的需求，大量的单层石墨烯需要组装成宏观的结构。本论文以石墨烯为结构单元，采用多种制备手段，构筑了具有大比表面、高导电率、多孔的石墨烯电极，并探讨了石墨烯组装结构、功能化纳米粒子的特异性与能源存储与转换器件性能之间的关系，为推动石墨烯基复合材料的实际应用奠定了基础。本论文主要研究内容和结果如下:　　1.石墨烯的宏观性质在一定程度上取决于石墨烯的自组装结构，我们通过冰晶诱导相分离的方法制备了一种新型石墨烯自组装结构，即透明多孔石墨烯薄膜(MGTFs)，它兼具二维石墨烯薄膜和三维多孔石墨烯块体的优势。我们以氧化石墨烯水溶胶为前驱体，利用旋涂法制备了一系列的MGTFs;通过控制石墨烯水凝胶的浓度和旋涂速度，可以得到具有不同厚度、透过率以及表面形貌（开孔和闭孔）的MGTFs。实验结果表明:MGTFs具有高透过率、大比表面积、高导电率、柔性等特点，MGTFs可以制备在多种形式的基底上，并作为功能化电极用于能源存储与转换器件中。　　2.以MGTFs为电极，通过电化学沉积的方法在MGTFs上负载Ⅱ-Ⅵ族和贵金属纳米粒子，包括ZnO、CdSe和Pt等，还可以连续沉积不同的纳米粒子，如CdSe和Pt。XRD、Raman、SEM等分析表明:控制电化学沉积时间，可以有效地控制纳米粒子的负载量;在光电化学产氢测试中，相对于CdSe@紧密堆积石墨烯薄膜(CdSe@CGTFs)光电极，CdSe@MGTFs光电极的电流密度(6.4mAm-2)和内量子转换效率(IPCE)更大;并且，CdSe@MGTFs光电极的电流密度随CdSe量的增加而增大。在氧还原催化中，相对于CGTFs和Pt@CGTFs电极，MGTFs和Pt@MGTFs电极具有更优异的氧还原催化活性，表现出更正的氧还原起始电压和更大的氧还原电流。　　3.以Sn(BF4)2为含氟的锡基前驱体，经过一步水热法原位地将氟掺杂的二氧化锡(F-SnO2)纳米粒子负载在三维多孔石墨烯结构中(F-SnO2@RGO)。XRD和XPS结果证明F元素成功的掺杂到了SnO2晶格中，氟掺杂不仅可以提高SnO2的导电率，并且可以提高锂离子的迁移率。Raman、SEM、TEM等结果表明F-SnO2与石墨烯之间有较强的相互作用力，使其更均匀、稳定地负载在石墨烯表面。随后，将F-SnO2@RGO用作锂离子电池负极材料，电化学测试表明，经过100次循环，F-SnO2@RGO的可逆容量值为1227mAhg-1，与SnO2@RGO电极相比，表现出更好的稳定性和倍率性能;电化学阻抗分析证明，氟掺杂不仅可以降低电荷迁移电阻，保护电极表面不受电解液腐蚀，而且有效地提高了锂离子的迁移速率。　　4.通过调节EDA的量，合成了一系列的F-SnOx@RGO复合物，其中F-SnOx表现为0DF-SnOxNPs、2DF-SnOxNSs和3DF-SnOxAPs;将其作为锂离子电池负极材料，研究了不同形貌的F-SnOx对F-SnOx@RGO复合物电极的电化学性能的影响。由于相对于2DF-SnOxNSs和3DF-SnOxAPs，0DF-SnOxNPs具有更小的尺寸和更大的表面积比体积值，使其能够提供更多的锂离子反应活性点和具有更小的锂离子的迁移长度;因此，通过电化学测试表明，F-SnOx-NP@RGO复合物电极具有最高的可逆容量值、最好的循环稳定性和倍率性能。