石墨烯由于其新奇的理化性质,自发现之初一直备受关注,从石墨烯本身的力、热、光、电方面的研究,逐渐扩展为其衍生物与各种其他纳米材料复合物的研究。而金属纳米结构展现出与宏观大块物质和小分子以及其他纳米结构都完全不同的特有性质,如果将它与石墨烯结合起来会产生什么样的奇妙性质,又会带来怎样全新的应用,正是本篇论文研究的重点。本文着眼于石墨烯及其衍生物与金属纳米结构的相互作用,以复合物材料制备为基础,在生物传感、表面增强拉曼散射、催化和荧光等多个方面,探讨这种石墨烯与金属纳米结构复合体系的优势及应用前景。通过表征、计算和讨论,本文认为,合理利用石墨烯与金属纳米结构的相互作用,可以使传感更灵敏,拉曼信号更明显,催化更有效或是荧光更可控。这些研究结果有助于人们进一步理解石墨烯与金属纳米结构的相互作用机理,并为它们在多个领域中的应用提供依据。本论文的主要创新点如下：1.利用无电沉积技术和一步原位还原法,分别将金纳米颗粒复合到CVD生长石墨烯和化学氧化还原石墨烯上。通过电子显微镜、能量散射谱及X光电子能谱的测量手段进行详细表征分析。2.提出利用CVD石墨烯与金纳米颗粒复合物痕量检测的方法。利用这种方法,β2受体激动剂可以被灵敏、便捷的检测出。这个工作为严格控制p2受体激动剂类药物滥用,提供了检测试验新的思路。3.提出利用石墨烯与金纳米颗粒复合物作为表面增强拉曼散射(SERS)衬底的方法,对罗丹明6G拉曼信号进行测试结果表明,拉曼信号强度有效增强,并进行增强机制的详细分析。这项研究为有效增强拉曼信号提供了新的方法,也为研究之前不易被独立观测的化学机制提供了可能。4.研究了石墨烯与金纳米颗粒复合物作为催化鲁米诺-过氧化氢化学发光系统的催化剂的表现。系统论证颗粒尺寸效应和石墨烯辅助作用对系统发光强度的影响,提出最优催化条件,在此条件下,利用该发光系统灵敏检测样品中的过氧化氢和多种有机物。5.提出金属纳米天线调制石墨烯量子点的方法,设计具有多频表面等离子共振(SPR)波段的银纳米八面体结构。利用该种结构SPR与石墨烯量子点发射与激发波段重合的特性,通过时域有限差分法模拟计算,系统考察了银纳米八面体对分布于周围的石墨烯量子点的荧光调控能力。这项研究在衍射极限以下调控石墨烯量子点荧光提供了理论基础,也为石墨烯量子点应用在生物成像和多频光学探头中提供了新的思路。