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针对聚苯胺/石墨烯纳米复合物制备及应用过程中存在的问题，本论文基于“改性—复合”的研究路线，采用系列烷基季铵盐(CnTAB)对氧化石墨进行非共价键改性处理，获得系列CnTAB插层氧化石墨样品;采用对苯二胺(PPD)对氧化石墨烯进行共价键改性处理，获得不同还原程度和不同接枝程度的PPD接枝石墨烯;继而以插层氧化石墨和接枝石墨烯作为前驱体，采用单体原位聚合反应制备聚苯胺/氧化石墨烯(PANI/GOs)和聚苯胺/石墨烯(PANI/Gs)纳米复合物。通过XRD、FTIR、Raman、SEM、AFM、TG-DTA、四探针电阻率测试仪、三电极电化学工作站等测试手段对改性和复合过程中各阶段产物的结构、谱学、形貌和性能进行表征分析。 采用CnTAB对氧化石墨进行非共价键改性时，CnTAB通过离子键和疏水键作用插层进入氧化石墨层间，增大了氧化石墨的层间距，得到CnTAB插层氧化石墨。在插层改性过程中，CnTAB阳离子在氧化石墨层间的排布模式与其链长、浓度有关，分别有单层平躺、嵌合双层平躺、单层倾斜和单层直立模式;改性后所得有机氧化石墨能在乙二醇溶剂中稳定分散，并剥离得到单层的CnTAB插层氧化石墨片层。 通过溶剂化作用将ANI单体引入CnTAB插层氧化石墨层间域中，继而进行原位聚合，将聚苯胺分子链通过π-π共轭作用和氢键力作用键合在插层氧化石墨片层上，得到PANI/GOs纳米复合物。拥有较大面积的插层氧化石墨片层能有效阻止聚苯胺分子链的团聚，并使得聚苯胺分子链在其表面上规则生长。同时，C16TAB分子可作为复合物自助装堆叠的模板，制备具有层状结构的PANI/GOs纳米复合物。CnTAB插层氧化石墨片层在聚苯胺基体中的均匀分散以及聚苯胺与插层氧化石墨之间的连接作用，使得PANI/GOs纳米复合物的室温电导率较纯的聚苯胺提高一个数量级以上，其比电容也较纯的聚苯胺增大近一倍。 采用PPD对氧化石墨烯进行共价键改性时，对苯二胺基团通过酰胺键作用键合在氧化石墨烯边缘上。同时，PPD的强还原作用能有效去除氧化石墨烯上的含氧官能团，得到PPD接枝石墨烯。所得PPD接枝石墨烯具有较高的电导率和热稳定性，且能在NMP和ANI等有机溶剂中稳定分散，并剥离成单片层结构。 PPD接枝石墨烯与聚苯胺复合的过程中，接枝石墨烯边缘上的对苯二胺基团参与到ANI单体的原位聚合反应中，成为聚苯胺分子链的一部分，从而将聚苯胺与石墨烯通过酰胺键连接在一起。接枝石墨烯在聚苯胺基体中的均匀分散以及聚苯胺与接枝石墨烯之间的连接作用，使得PANI/Gs纳米复合物的室温电导率较纯的聚苯胺提高至少一个数量级以上。同时，聚苯胺与PPD接枝石墨烯的协同效应使得PANI/Gs纳米复合物具有石墨烯的双电层电容特性和聚苯胺的赝电容特性，其比电容较纯的聚苯胺提高了约3倍。