三维纳米结构材料由于具有大的比表面积、优异的电子传输能力、良好的力学性能和热传导性能以及稳定的多孔结构而受到广泛关注。迄今为止，三维碳材料和金属及金属氧化物纳米复合材料在洁净能源、电化学传感器以及电催化领域已得到大量研究。把金属纳米粒子及金属氧化物负载于三维碳材料的多孔结构，不仅可以增大电活性物质的比表面积，还可以提其电化学稳定性，因此三维碳材料被认为是理想的电化学传感和催化剂载体材料之一。我们通过化学还原和水热等方法制备了一系列石墨烯负载的金属氧化物及金属纳米粒子复合材料，通过对纳米结构材料的尺寸、组份和形貌的调控，实现了其在电催化、电分析及气体传感中的应用。不同的复合材料在甲醇氧化，氧还原、过氧化氢和葡萄糖电化学传感方面表现出了优异的性能。研究结果表明，三维碳及石墨烯-纳米晶体杂化材料具有优异的电催化性能，特别是具有高的电化学稳定性，在燃料电池电催化剂和气体、电化学传感领域具有巨大的应用潜力。