石墨烯及其复合材料具有广泛的应用前景，可以应用于电子器件、超级电容、传感器、太阳能电池材料等。实现可控制备石墨烯复合材料，对其应用推广具有重要的意义。目前，在制备石墨烯复合材料时，化学法制备的功能化石墨烯应用最多，而这种石墨烯表面含有随机分布的多种含氧官能团，结构并不单一，这就给石墨烯复合材料的可控制备带来了很多问题。金属离子与石墨烯表面的官能团存在较强的相互作用，我们也可以利用这种相互作用影响晶体成核和成长过程，从而对石墨烯复合材料的结构和粒径分布进行调控。本论文尝试寻找一种不使用分散剂、稳定剂的方法，利用钯离子与石墨烯载体的相互作用，在石墨烯表面制备结构、尺寸、分布可控的钯纳米颗粒，探索催化剂结构、尺寸对CO氧化反应活性的影响及反应机理。论文首先考察了等离子体还原、氢气还原和化学还原三种方法制备的钯-石墨烯复合物结构特征，通过Raman、XPS及密度泛函理论计算（DFT），证明石墨烯表面的含氧官能团与钯原子具有较强的相互作用，在钯颗粒的接触面很容易形成PdOx，这对不同方法制备的复合物结构具有重要影响，并使制得的复合物具有更好的稳定性。通过TEM、HRTEM、XRD等表征，证明这3种方法在石墨烯表面制得的钯纳米颗粒分别为孪晶、单晶和多晶结构。石墨烯复合物的制备方法及金属负载量对CO氧化性能都有很大的影响，并通过氢气还原控制实验确认钯-石墨烯催化剂中的活性中心为Pd0，且催化反应具有良好的稳定性。最后，对钯-石墨烯催化剂催化CO氧化反应的动力学测试，用理论计算的方法探讨了反应历程及过渡态，证明在钯-石墨烯催化体系中，CO氧化反应是按照L-H机理进行的，即吸附的CO分子与解离的O原子发生表面反应生成产物CO₂，反应的速控步骤为O₂吸附解离步骤，活化能为O₂分子的解离能。