石墨烯,作为新型二维碳材料,一经发现便引起了人们的广泛关注和研究兴趣。石墨烯因优异的电学性能、阻隔特性、超大比表面积和稳定的化学性质而逐渐被应用到诸多领域。通过对石墨烯采用功能化修饰,可在石墨烯优异的性能基础上获得新型功能性石墨烯材料。近年来,石墨烯的应用在许多方面展现出了巨大潜力,其中,在腐蚀防护和燃料电池的应用尤为引人关注。本论文围绕石墨烯功能化材料的制备和工艺优化,以及对改性修饰后的石墨烯材料在腐蚀防护以及氧催化还原领域的性能和应用进行了研究和阐述。通过直流电镀在基底上沉积了铁钨镀层,随后选取具有双硅原子的BTESPT作为偶联剂,与氧化石墨烯混合后,通过电泳沉积,在镀层上成功制备了一层均匀致密的复合膜层。结果表明,氧化石墨烯被成功还原并引入到复合膜层中,硅烷作为分子桥以共价键形式联结了石墨烯和金属基底,形成了一道完整的防护膜。通过对不同石墨烯含量膜层进行电化学表征后发现,当添加的氧化石墨烯浓度为0.4 mg/ml时,膜层较为完整均匀,其厚度约为0.94μm。该膜层具有较大的阻抗值（646.96 kΩ）,在NaCl溶液中的自腐蚀电位为-0.558 V,腐蚀电流密度为7.805×10^-9 A·cm^-2,与常规硅烷膜层相比,抗腐蚀性能显著增强。在此基础上,通过改变铁钨直流电镀的电流密度,实现了对镀层表面形貌和粗糙度的调控,并对其蒸镀沉积全氟硅烷从而实现了表面疏水化改性。通过光学水接触角测试发现,在以500 mA·cm^-2电流密度下电镀的镀层做为基底时,疏水修饰后复合膜的水接触角为141.7°,接近于超疏水表面（150°）。另一方面,通过一步水热法,合成了过渡金属掺杂的石墨烯气凝胶,并利用真空高温氨气处理,对石墨烯进行了氮掺杂。结果表明,过渡金属纳米粒子均匀负载于石墨烯片层上,氮掺杂量最大为8.16 at.%,通过Ni、Fe共掺杂实现了氧催化还原中的协同增强,其极限电流密度为4.01 mA·cm^-2,平均电子转移数为3.95,电催化性能优于商用铂碳催化剂。