石墨烯是一种具有独特二维结构的新型材料，它是2004年英国曼彻斯特大学Geim教授等人通过剥离高定向热解石墨发现的。石墨烯的发现在科学界引起了较大的轰动，因为在石墨烯被发现之前，理论和实验都认为完美的二维晶体结构不能在非绝对零度下稳定存在，石墨烯的出现打破这一观念。由于石墨烯特殊的二维结构使其在电学、光学、力学、热学等方面具有许多优良的特性，因此石墨烯成为物理、化学、材料科学、微电子等领域的研究热点。以石墨烯片状结构为单元，构筑的具有多级结构的新型结构材料不仅能表现出一些比石墨烯单元更具优异的性能，而且还会产生一些新的良好性能，从而扩展石墨烯在功能材料、催化、能源等诸多领域的应用。本文以一种创新的方法制备了三维且成泡沫状的石墨烯，并以此为基础制备了四种材料，并研究它们在电极材料方面的应用特性。本论文按所研究材料的不同分为四大体系，依次是本征三维石墨烯、磷掺杂三维石墨烯、本征三维石墨烯和氧化锌纳米棒的复合物、磷掺杂三维石墨烯和氧化锌纳米棒的复合物。取得了如下创新性的成果：1、采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)的方法，用无水乙醇作为碳源，泡沫镍作为催化剂和生长基底，采用鼓泡的形式，在750oC的条件下生长出本征三维石墨烯。所制备的本征三维石墨烯完美地保持了泡沫镍的三维网状结构，通过对其电学性能的表征，其电导率可以高达7.293×104S/m，在扫描速度为5mV/s时，其电容量可以高达380F/g；2、采用CVD方法，用三苯基磷(TPP)同时作为碳源和磷源，泡沫镍作为催化剂和生长基底，首次生长出磷掺杂三维石墨烯。所制备的磷掺杂三维石墨烯没有采用通常有毒的溶剂、并且P的掺杂量可以高达2.91%。通过电化学表征，所制备的磷掺杂三维石墨烯的开启电压为-0.187V，在循环10000s之后其电流密度只下降了12.59%，同时具有很好的抗甲醇毒性。3、在本征三维石墨烯的基础上，采用水热法，在本征三维石墨烯表面生长氧化锌纳米棒，形成本征三维石墨烯和氧化锌纳米棒的复合物，并对其结构和形貌进行表征，并研究它超级电容器方面的性能，并研究其与本征三维石墨烯的区别；所制备的三维石墨烯/氧化锌复合物在扫描速度为5mV/s时，其电容量可以高达电554.23F/g，同时在2300次循环后，其电容量依然能保持原电容量的94.4%，表现出了良好的超级电容器性能。4、在磷掺杂三维石墨烯的基础上，采用水热法，在磷掺杂三维石墨烯表面生长氧化锌纳米棒，对其结构和形貌进行表征，并研究它超级电容器方面的性能，并探究与磷掺杂三维石墨烯、本征三维石墨烯和氧化锌纳米棒的复合物的区别；所制备的磷掺杂三维石墨烯/氧化锌的电容量高达可以为341.11F/g。