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超级电容器作为一种新型的能量存储装置,由于其较高的功率密度和超长的循环稳定性,使其在移动电源,新能源汽车等众多领域具有非常广泛的应用前景。因此为了进一步实现超级电容器的实际应用,拓宽其应用范围,研发具有高性能的电极材料已成为目前超级电容器研究的热点。石墨烯由于其较大的比表面积,优异的物理和力学性能,是一种非常理想的超级电容器基体材料。将其与具有赝电容特性的材料结合所制备的复合材料电极,能够同时利用两种材料的性能优势,有望获得性能更为优异的超级电容器电极材料。但是石墨烯的团聚问题一直是影响材料性能提升的主要因素,限制了石墨烯基复合材料在超级电容器领域的进一步应用。因此为了克服上述问题,本论文以石墨烯为基础,以制备具有优异电化学性能的电极材料为主要研究对象。分别以二维石墨烯和三维石墨烯作为基体,制备了三种具有不同结构的石墨烯基复合材料。并对复合材料的结构形貌与电化学性能之间的关系进行了研究。为石墨烯基复合材料在超级电容器领域的应用提供参考。论文的主要研究结果如下:以水热法和Hummers法制备的Ni（OH）2纳米片和氧化石墨烯为前驱体。采用阳离子表面活性剂对Ni（OH）2纳米片进行修饰使其表面带有正电荷,然后将其与带有负电荷的氧化石墨烯进行混合,利用静电自组装和热处理工艺制备了二维NiO-石墨烯复合纳米片材料。通过调节Ni（OH）2纳米片与氧化石墨烯的比例可控制复合材料的形貌,在两组份初始质量比为6:1时,可获得混合最为均匀的二维复合纳米片材料。并且由于NiO独特的片层状结构和石墨烯优异的导电性能,使得复合材料展现出了较高的电化学性能。在1 A/g的电流密度下,复合材料电极的比容量可达686 F/g。同时还具有较为优异的速率性能（77%）和较高的循环稳定性（80%）。将复合材料电极组装成对称电容器,在430 W/kg的功率密度下,其能量密度可达5.4Wh/kg。并且在10 A/g的电流密度下进行1000次充放电测试,其容量保留率为92%。为进一步提高材料的电化学性能。以泡沫镍作为模板,甲烷为碳源,利用化学气相沉积法制备的泡沫石墨烯作为基体。通过对泡沫石墨烯进行功能化处理,并控制原位聚合反应时间,可获得不同形貌的聚苯胺纳米线阵列/泡沫石墨烯复合材料。在聚合反应24 h后实现了聚苯胺阵列在泡沫石墨烯表面均匀致密的负载。由于聚苯胺纳米线阵列的独特形貌和泡沫石墨烯的多孔联通结构,使得复合材料展现出了更为优异的电化学性能,在1 A/g的电流密度下,其比容量可达870 F/g。将电流密度提高到10 A/g,仍可获得813 F/g的比容量。并且在6 A/g的电流密度下,经1000次循环充放电后容量保持率为80%。将聚苯胺纳米线阵列/泡沫石墨烯复合材料组装成对称电容器,在410 W/kg的功率密度下,可获得8.3 Wh/kg的能量密度。并且在1000次循环充放电后,其容量保留率可达70%,表现出了非常优异的电化学性能。从提高三维石墨烯的强度出发,首先利用化学还原法制备的纳米镍粉（直径100200 nm）作为模板,通过化学气相沉积法获得了新型的三维石墨烯材料。由于制备的新型三维石墨烯较小的孔径（210μm）和多孔联通的结构,使其表现出了更高的强度。然后利用原位聚合技术将聚苯胺纳米线阵列负载在新型三维石墨烯表面,并且通过控制反应物浓度获得了一系列的复合材料。结果表明,在苯胺单体浓度为1 mmol时获得了形貌最佳的聚苯胺纳米线阵列。利用此浓度下制备的复合材料作为超级电容器电极材料,在1 A/g的电流密度下可获得680 F/g的比容量。同时复合材料电极还表现出了非常优异的速率性能（83.9%）和循环稳定性（76%）。将复合材料电极组装成对称电容器,在400 W/kg的功率密度下,其能量密度为6.43 Wh/kg。并且在10 A/g的电流密度下循环充放电1000次,电容器的容量保留率可达78%。