石墨烯是碳原子以sp²杂化形式紧密排列于平面六角晶格形成的二维材料,具有高孔隙率、高光学透过率、大比表面积和高电荷转移效率等众多优异的性质。但石墨烯层间的范德华力或π-π共轭使其极易堆叠,很大程度上降低了自由π电子数量和电荷转移速率,从而抑制了单片石墨烯特性的宏观表达。将二维石墨烯转化为三维石墨烯（3DG）不仅可以有效地改善石墨烯堆叠问题,还能将单层石墨烯的优异性质予以宏观尺度放大。因此,3DG作为新型碳材料在光电传感器、能量存储、电催化和军事防护等研究领域受到广泛关注。当前,感应定制的工业4.0和能量存储利用是推动人类进步的两大研究前沿领域。基于3DG其快速的电荷转移和高比表面积,本论文将从制备多功能的3DG材料出发,探索其在新型感应器和超级电容器领域的新应用,为促进工业4.0和缓解能源危机发展新思路。论文主要研究结果如下:（1）3DG和N-3DG的高效构筑及性能研究论文通过一步溶剂热还原高效构筑具有蜂窝状结构、优良机械性能、超轻密度和高孔隙率的3DG。对反应因素进行探究发现,前驱体氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）的浓度及尺寸对3DG的宏观形貌影响较大。反应容器相同时,3DG大小主要受GO浓度影响,浓度越高,体积越大。而GO的尺寸很大程度上影响3DG的弹性。为进一步提高3DG的电荷转移性能,在3DG中掺入富电子原子N制备N-3DG。二者均具有蜂窝状结构,3DG较N-3DG呈现出较高的BET比表面积(499.27m² g^-1)。（2）3DG及N-3DG的人体感应和红外辐射感应研究基于3DG及N-3DG快速的电荷转移,探究了其在新型感应器领域的应用。首次发现手部可以引起开路电压的即时上升（900mV）和下降,而持续感应可引起电压持续保持上升值（⁷00mV）。该现象目前无可查阅相关文献报道。将电路闭合后,电流呈现振幅⁵0nA的正弦曲线状,红外辐射也可以感应3DG电极,从而引起其振幅的衰减10%。（3）3DG基线状Co₃O₄纳米复合材料的高性能超级电容器研究为进一步改善石墨烯堆叠,采用泡沫镍（NF）为骨架模板和控制低量GO浓度的水热法制备薄层3DG-NF(⁵0μg cm^-2)。并将其与具有极大理论比电容但导电性不佳及稳定性较差的Co₃O₄进行复合得到Co₃O₄/3DG-NF电极材料。研究表明,这种薄层3DG-NF可以改善石墨烯的堆叠,同时提高Co₃O₄的分散性。电化学测试发现,薄层3DG不仅将Co₃O₄的比电容从512.0 F g^-1提高到965.9 F g^-1,还将8000圈循环稳定性能提高了4.8%。这项工作为相关3DG的高效制备提供了参考,还为人体传感器、生命探测仪及超级电容器等应用领域提供了实验基础。