非均相催化剂在化学和制药工业等领域起着至关重要的作用,约90%的化工生产过程依赖于催化技术。而石墨烯的超高比表面积、卓越的电子迁移率和优异的热稳定性等特点使其成为高活性金属催化活性中心的强大载体。因此,通过深入研究催化效率和催化中心的构效关系,理解催化反应机理,开发系列过渡金属表面功能化石墨烯基非均相催化剂,对于促进其在精细化学品和医药中间体制备中的应用意义重大。本论文以目标有机反应为导向,设计、合成了多种石墨烯基过渡金属纳米材料,通过表征证明了所制备材料的形貌、结构和组成。同时对所制备的材料完成了催化性能测试,建立了多个高效催化体系,探究了催化过程中的活性位点和催化反应机理,并将所得催化体系应用于基础性药物和中间体的合成方法的探索。（1）CuO纳米片/rGO的制备及在末端炔烃的自偶联反应中的应用:首先,使用水热法制备得到了负载CuO纳米片的rGO材料（CuO纳米片/rGO）。该材料中的CuO纳米片和rGO形成复合纳米催化中心,使CuO纳米片/rGO成为一种经济、高效的催化不同末端炔烃的Csp-Csp自偶联反应的非均相催化剂。同时,该催化体系具有良好的循环稳定性,重复使用5次后活性损失很小,且形貌无明显变化。（2）Cu纳米球/rGO的制备及在末端炔烃的立体选择性硼酸酯化反应中的应用:铜纳米材料可高效配位活化C≡C键,但其在制备和催化应用中会存在多价态的活性中心,从而降低了不同有机转变过程中的催化效率和选择性。因而,克服该问题的关键在于实现精准构筑铜基催化剂均一的活性中心。因此,本部分设计了以蠕动泵为辅助,通过简单的葡萄糖还原法制备表面负载铜纳米球的rGO材料（Cu-NPs/rGO）。通过与Cu2O/rGO和CuO/rGO对比,Cu-NPs/rGO对末端炔烃的立体选择性硼酸酯化表现出了优异的催化性能,TOFs值为13.92 h-1,远高于已报道铜基催化剂。Cu纳米球与rGO的协同机制保证了Cu-NPs/rGO对系列末端炔烃的反式硼酸酯化反应具有良好的异相催化能力和立体选择性。同时,Cu-NPs/rGO催化体系具有较好的循环稳定性。合成的（E）-β-苯乙烯硼酸酯可以通过Petasis反应实现血管类药物桂利嗪（分离收率:81%）的一锅法制备,有效克服了现存制备方法中存在的多位点、选择性差等缺点。（3）Cu2O纳米立方体/rGO的制备及在卤代苯的硼化反应中的应用:Cu2O纳米粒子自身在催化反应过程中氧化加成效率较低,从而制约了Cu2O高效催化体系的建立。设计了以抗坏血酸为绿色还原剂,在蠕动泵的辅助下制备了负载新型切角Cu2O纳米立方体的rGO材料（Cu2O/rGO）。针对卤代苯的Miyaura硼化反应过程中C~2sp-I和C~2sp-Br键的活化能垒不同,利用催化剂中Cu2O和rGO间的协同作用机制,建立了两种不同的催化体系:氧化加成/还原消除历程的碘苯硼化和自由基历程的溴苯硼化反应。Cu2O/rGO催化的非均相硼化体系完成了多种卤代苯类底物C~2sp-B键的构建。Cu2O/rGO催化硼化所得产物通过一锅偶联法实现了沙坦等基础性医药中间体的制备。（4）CuFe2O4/rGO的制备及在烯烃碳碳双键氧化断裂反应中的应用:磁性Cu Fe2O4基纳米材料在催化TBHP氧化偶联等方面具有良好的活性,但是其通过非均相过程催化TBHP氧化sp~2杂化的C=C键断裂中的相关研究较少。本章设计了采用溶剂热法合成不同Cu Fe2O4负载量的rGO材料（Cu Fe2O4/rGO）,以TBHP为绿色氧化剂,氧化烯烃生成醛。通过比较发现,20%-Cu Fe2O4/rGO材料即可以作为高效催化碳碳双键断裂的廉价易得的非均相催化剂。催化剂中的Cu Fe2O4纳米粒子活化碳碳双键并与rGO发挥协同催化作用促进了·OOH的产生,实现了温和条件下碳碳双键的氧化断裂。本章所建立的催化氧化体系强化了石墨烯基材料在不同取代基苯乙烯衍生物向芳香醛类精细化学品转变中的应用。（5）球形CoNi合金/rGO的制备及在醇和胺的借氢N-烷基化反应中的应用:醇和胺的借氢烷基化反应可以较好的避免常规卤代烷法的反应选择性差等缺点。而该反应的关键是醇羟基惰性C~3sp-H键的活化,因此,C~3sp-H键功能化的高能垒使得该反应需要在较为苛刻的条件下进行。针对此问题,采用溶剂热法合成了三种不同球形CoNi合金负载量的CoNi/rGO材料作为胺与醇的直接N-烷基化催化剂,并对其催化N-烷基化反应行为进行了研究。通过比较,选取了40%-CoNi/rGO材料作为高效催化胺与醇的N-烷基化反应的催化剂。催化剂中的CoNi合金与rGO形成复合催化中心,高效活化C~3sp-H键并促进了反应过程中氢原子的转移,最终实现多种胺和醇的借氢催化胺化。同时本催化体系还被应用于哌嗪类医药中间体和布替萘酚原料药的合成方法的探索。