纳米材料具有优异的催化性能、巨大的比表面积、超强的吸附性能、良好的生物兼容性及电子传递能力等优点，在电化学传感器、电化学储能、电化学催化等领域都有着广泛的应用。石墨烯由于其独特光电性能成为当前研究热点之一。然而随着纳米技术的快速发展，对纳米材料性能提出了更高的要求，结构单一、性能单一的纳米材料已经不能满足这些需求。而且基于纳米材料构筑的电化学传感器的灵敏度不仅取决于纳米材料的种类，更取决于纳米材料在电极表面的固载量和分布方式等。因此，如何控制纳米颗粒的尺寸、表面状态和在电极表面的分布以扩大其与底物的接触面积从而提高其催化效能是研制和开发新型纳米材料电化学传感器、实现对痕量组分快速检测的重点。针对以上问题，本论文将对石墨烯进行化学功能化修饰，构建具有多级纳米结构的聚苯胺及无机纳米粒子功能化的二元、三元石墨烯纳米复合材料，该材料可以提供更大的电活性表面积、提高纳米颗粒的固载量、减少纳米颗粒在石墨烯表面的聚集程度、阻止石墨烯的团聚；该材料不但可以同时保持石墨烯、聚苯胺和无机纳米颗粒的固有特性，而且能够产生新颖的协同效应，可望用于构建高催化性能的电化学传感及高储电性能的超级电容器。论文的主要工作如下：（1）普鲁士蓝-硝基苯功能化石墨烯的制备及其在H2O2检测中的应用。用4-硝基苯重氮盐对石墨烯进行化学改性，使硝基苯官能团通过化学键键合到石墨烯表面，并以此为基底负载普鲁士蓝纳米颗粒。采用扫描电子显微镜、XRD、红外和电化学技术对产物进行表征并基于此材料构建H2O2传感器。该传感器表现出良好的电化学性能，响应时间为2s，检出限为0.4μM，线性范围为1.2μM~15.25mM，灵敏度为300.16μAcm-2mM-1，并且稳定性较好，用I-t曲线循环测试40次，催化电流几乎保持不变。该材料进一步用于负载葡萄糖氧化酶，检测葡萄糖的含量，催化效果良好。（2）以化学键连接的三维多孔石墨烯聚苯胺阵列的设计、合成及其在超级电容器中的应用。首先将硝基苯官能团通过化学键键合到石墨烯表面，进一步将硝基还原至氨基形成模板，再引发苯胺聚合得到三维多孔聚苯胺阵列。采用拉曼和热重技术对石墨烯的功能化过程进行跟踪，利用原子力显微镜、扫描电子显微镜对石墨烯聚苯胺纳米材料的形貌进行表征。同时我们还对该材料作为超级电容器电极材料使用的性能进行了研究。结果表明三维石墨烯基聚苯胺阵列在0.1Ag-1电流密度下的比电容为590Fg-1。在2Ag-1电流密度下循环200圈，比电容几乎没有下降。（3）四氧化三钴/聚苯胺阵列/石墨烯多级纳米材料的制备及氨基酸传感应用。以上述三维多孔石墨烯聚苯胺阵列为模板，进一步负载Co3O4纳米粒子，制备四氧化三钴/聚苯胺阵列/石墨烯多级纳米材料。采用XRD、红外和热重技术对材料进行表证。通过循环伏安、双阶跃、计时电流技术对该传感器的电化学性能进行表征，结果表明该传感器对半胱氨酸和N-乙酰基半胱氨酸的电化学氧化显示出良好的催化效果。