自从2004年英国著名高校曼彻斯特大学的Geim团队使用胶带层层剥离石墨片,成功地使用物理法制出了可以单独存在的单层石墨烯后,石墨烯及其复合材料成为了许多科研工作者的关注热点,作为所谓的“万金油”,石墨烯的应用前景令人期待。本文结合当下社会热点问题以及一些研究者的工作,制备了高性能的功能化石墨烯复合材料,并对其在空气过滤、水处理和导热三个方面的应用进行深入研究。为此,在本文第二章中,首先我们探究了石墨烯与聚合物复合机理并制备了高性能的磺酸化还原氧化石墨烯聚合物复合薄膜,我们发现,其具有良好的力学和电学性能。最后我们创新地将石墨烯复合材料和静电纺丝工艺运用到空气滤膜的制备中,将其作为口罩核心滤膜,测试结果表明该滤膜具有极好的透气性和PM2.5过滤效果。在本文的第三章中,我们创新性地提出了用浸涂法制备氧化石墨烯小分子复合薄膜,并对制成的薄膜进行了多方面的表征及分析。我们发现,将不同的小分子化合物复合在氧化石墨烯片层中,可以可控地改变其层间距,从而使复合薄膜的力学、电学等性能得到改善。通过对薄膜进行的水处理实验,表明氧化石墨烯小分子复合薄膜可以在水处理领域得到很好的研究和应用。最后,在本文的第四章中,我们结合当下高端电子产品所用的类石墨烯高效导热膜生产成本居高不下的现状,将先前所合成的GO薄膜通过还原压延工艺制成RGO导热膜,探究了其导热性能并将其与目前电子产品内常用的导热材料进行对比。通过耐驰导热仪对样品导热性能的表征,我们发现我们所制备的RGO导热膜其导热系数虽然没有聚酰亚胺材料制备的类石墨烯导热膜高,但是比传统的导热材料的导热系数高很多,而且成本比聚酰亚胺材料制备的类石墨烯导热膜低的多,因此我们认为我们制备的GO导热膜可以应用于对导热要求不太高的电子产品中,从而能够大幅降低生产成本。