基于新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性,例如比表面积大、导电性优异、化学性能稳定等特点,使其被广泛地应用于诸如环境修复、电化学及生物等领域。其中,石墨烯、球形碳和多孔碳是碳材料的三种典型代表,本文旨在以此三种碳材料为基体,采用新颖简单的合成手段,制备出了一系列的碳基功能复合材料,并深入研究了它们的形貌、结构及在污水处理、超级电容器、电磁学及催化等领域中的应用。基于此,本文的主要研究内容有：(1)2004年至今,石墨烯的问世再次掀起了全世界研究碳材料的热潮,石墨烯开始超越碳纳米管(CNT)成为了备受瞩目的国际前沿和热点,在此基础上,本文开展了石墨烯基复合材料的相关研究。a)：首先采用水热法,以Bi(NO3)3、 Fe(NO3)3和氧化石墨烯(GO)为原料,在碱性条件下以Vc为还原剂,首次成功地制备出多铁性材料BiFeO3-石墨烯(RGO-BFO)纳米复合材料,并深入研究了其光学、磁学和紫外光催化降解亚甲基蓝性能；b)：其次,利用超分子B-环糊精(β-CD)材料作为表面活性剂,以GO、AgNO3为原料、用水合肼为还原剂,采用“一锅还原法”成功地制备出还原石墨烯-CD-Ag (RGO-CD-Ag)三元纳米复合材料。水溶性β-CD界面相的加入,极大地改善了材料的亲水性能,有效地提高了材料的杀菌性能。c)：最近,如何进一步地提高石墨烯的应用性能成为研究热点。其中,N元素掺杂成为一种有效的手段。本文通过水热法,以GO和Co(NO3)2为原料,以尿素(CO(NH2)2)作为还原剂和N源,成功地制备出N掺杂石墨烯/氧化钴纳米复合材料(N-graphene-CoO),与石墨烯-CoO相比(约97 F/g),掺杂后性能比电容值达到169 F/g,提高了约75%,展现出良好的电化学性能。(2)由于中间相球形碳材料具有许多优异的性能,如化学惰性、优良导电和导热性等,成为越来越受到人们重视的碳基材料。但传统制备中间相碳球方法有产率低、工艺烦琐冗长,且产物大小不受控等缺点,基于此：a)：本文采用简单新颖的一步水热碳化法,以GO和葡萄糖为原料,在碱性条件下以Vc为还原剂,成功地制备出形貌规整、尺寸均一的碳微球材料,最终产率接近100%；进一步地,我们探讨了产物在污水吸附和电化学领域中的应用性能。b)：蒙脱土(MMT)是一种类似石墨烯二维片层堆积结构,是一种应用广泛的矿物材料。本文仅以MMT和葡萄糖两种绿色且廉价的材料作为原材料,采用水热法制备出了MMT负载碳纳米球复合材料(MMT@C)O分析发现,由于碳纳米球插入了MMT的片层间,使得复合材料比表面积增大,对污水中Cr(Ⅵ)的吸附性能得到大幅提高。结合吸附热力学及动力学模型分析,进一步详细地探讨了MMT@C对Cr(Ⅵ)的吸附机理。结果显示,此种吸附材料吸附模型分别符合Pseudo-second-order和Freundlich吸附模型；其在约40 min左右对Cr(Ⅵ)吸附效果即达到约60%,理论最大吸附率达156 mg/g,大大优于前期大多数文献所报告的对Cr(Ⅵ)吸附量。(3)多孔碳材料具有多微孔、比表面积大、表面张力大、吸附势能大等特点,在吸附、储氢和电化学等方面存在很大应用潜力,一直是碳材料研究热点之一。本文采用制备石墨烯的Hummer’s方法,首次创新性地将此方法引用到对多孔碳(PC)的氧化上,制备得到氧化多孔碳(PC oxide)材料。分析表明,氧化后PC表面中增加了大量的含氧基团,如-COOH、-OH、-C-OH、-CO等。在电化学领域,表面含氧活性基团的增加,是有利于材料赝电容的产生。因此,对材料的电化学性能分析表明,相对于传统PC, PC oxide比电容值得到极大的提高,分析认为这主要得益于氧化后增加含氧基团所产生赝电容效应。