自石墨烯出现以来,其独特的结构及优异的性能受到科学家们的青睐。三维石墨烯材料,因其高孔隙率和低密度的特性,三维石墨烯材料在能源、环境、催化、生物医疗等领域具有广泛的应用价值。本文采用被认为最有经济效益的还原氧化石墨的方法进行石墨烯的制备,并结合超声、水热还原自组装、冷冻干燥等技术制备石墨烯气凝胶（GA）。在此基础上,通过共价修饰、共掺杂等手段,制备出功能化石墨烯气凝胶,并将其应用于重金属吸附、锂离子电池领域。借助SEM、TEM、TG、XRD等方法表征材料结构及性能,主要研究如下:1、采用改进的Hummers法制备氧化石墨。将氧化石墨超声分散成氧化石墨烯分散液,经自组装方式水热还原获得GA。探究制备过程中浓度、pH值及干燥方式对气凝胶结构的影响。经发现,浓度可有效改变气凝胶孔隙的大小;pH值在制备过程影响不大;干燥方式在维持内部孔隙结构中发挥重要作用,冷冻干燥可较好保留材料原结构,使其体积仅收缩5%。2、利用EDTA-Silane共价修饰制备功能化石墨烯气凝胶,其可有效吸附溶液中的Pb2+。在溶液pH值为6.8,温度30℃,吸附时间为60 min,溶液初始浓度100mg/L条件下,功能化气凝胶达到最优吸附量205mg/g。3、以高锰酸钾为锰源制备MnO₂。通过水热方式制备MnCO3/GGA应用于锂离子电池领域。研究发现,对比GGA材料,MnCO3/GGA表现出较好的电化学性能。在0.1 A/g电流密度下,经50圈循环后MnCO3/GGA的比容量还能保持986.5 mAh/g。经不同倍率循环后,MnCO3/GGA比容量仍可保持1201 mAh/g。综上所述,通过简单、绿色的改性手段制备得到功能化石墨烯气凝胶,此气凝胶在环境保护及能源领域表现出优异的性能。