石墨烯是一种新型单层二维碳纳米结构材料,具有比表面积大,导电性好、导热性强,化学性质稳定等优良性质。石墨烯及其复合材料作为一种理想的催化剂模型,能够应用于有机反应的催化,同时结合理论计算和表面科学对于深入研究催化剂的活性位点,理解表面催化行为和催化反应机理,研究和发展功能化石墨烯基催化剂,推动石墨烯催化剂在精细化工领域中的发展。本论文设计和制备了一系列功能化石墨烯基催化剂,并对制备的催化剂进行了详会细的表征,获得了催化剂的结构和组成信息。并对制备的石墨烯基催化剂的有机催化性能进行了研究,确定了催化剂的活性位点和构效关系,研究了催化剂的表面催化行为和催化反应机理。首先,通过溶剂热法制备了一种纳米铜粒子负载的氮掺杂石墨烯(Cu-N-rGO)催化剂,并对其在催化C(sp3)-H键氧化过程中的性能进行了研究。Cu-N-rGO催化剂中的纳米铜粒子、掺杂的氮元素和石墨烯构成复合催化活性中心,协同作用提高催化反应效率。使用Cu-N-rGO催化环己烷氧化,实现单次氧化环己烷转化率34.5%,产物环己醇和环己酮选择性89.2%。同时,由于纳米铜粒子与掺杂的氮原子之间的强相互作用,Cu-N-rGO具有理想的结构稳定性和催化循环性,催化剂在环己烷氧化反应中循环使用5次,催化效率未见明显降低。纳米铜具有良好的催化活性,但纳米铜在制备和催化过程中往往会形成多种价态催化中心,影响催化反应的选择性,实现均一催化活性中心纳米铜催化剂的精准构筑是解决此问题的关键。首先,设计了一种简单、高效的MOFs协调合成策略制备具有两相纳米铜和纳米氧化亚铜粒子共负载的石墨烯催化剂(Cu/Cu2O-rGO)。该合成策略通过使用MOFs结构形成“保护壳”,并通过对“保护壳”的“take”和“off”两个连续过程实现了负载纳米金属价态的精确控制。Cu/Cu2O-rGO催化剂负载的纳米铜和纳米氧化亚铜粒子之间存在电子转移,实现了催化过程的氧化还原循环。同时,通过负载纳米金属粒子与石墨烯间的电子传导作用,高效催化Sonogashira交叉偶联反应,反应产率90%以上,选择性96%以上。纳米铜具有理想的Csp-H催化活性,而通过非均相催化过程直接活化Csp2-H键实现芳香族化合物功能化的相关研究报道比较罕见。首先,设计一种MOFs协调的合成策略成功制备了具有纳米氧化亚铜粒子负载的石墨烯催化剂(Cu2O-rGO)。Cu2O-rGO能够催化H2O2分解生成羟基自由基,羟基自由基与苯之间通过氢原子转移生成苯自由基。Cu2O-rGO通过一种苯自由基和羟基自由基参与的自由基捕获过程,实现在温和反应条件下苯直接羟基化制备苯酚,苯酚产率21.2%,并实现催化剂的多次循化使用,催化效率未见明显降低。纳米氧化亚铜催化剂具有理想的催化活性,但在催化反应过程中氧化亚铜的氧化加成效率较低,严重制约纳米氧化亚铜催化剂的发展。本章设计和制备了一种具有纳米氧化亚铜粒子负载的石墨烯(Cu2O/G)催化剂,Cu2O/G催化剂能够作为一种高效的固体类过氧化氢酶活化H2O2分解生成羟基自由基,生成的羟基自由基通过氢原子转移过程与烷烃C-H键作用形成碳自由基,并通过一种双自由基协调参与的反应过程,有效克服纳米氧化亚铜的氧化加成问题。Cu2O/G通过该双自由基参与的偶联策略实现了对多种烷烃C-H键的氧化过程。发展非金属石墨烯催化剂是有效避免纳米金属负载催化剂催化反应金属残留问题的有效手段之一。本章制备了一种氮掺杂石墨烯(N-rGO)催化剂,该催化剂能够在不使用任何过渡金属以及均相碱条件下,活化H2O2促进绿色Dakin反应,并实现了催化剂的多次循环使用。通过对N-rGO催化剂的构效关系研究,在该催化体系中的主要活性位点是石墨烯催化剂中的石墨化氮结构,石墨化氮通过调节临位碳原子的电荷结构形成固体碱催化活性位点,H2O2在其表面生成C-(HOOH)和C-O*(C-O-)过渡态结构促进Dakin反应的进行。