石墨烯,一种新型二维平面结构的碳纳米材料,它特殊的单原子层结构以及独特的电学、热学、光学和力学性能,使其迅速成为当前物理、化学和材料学等领域的研究前沿和研究热点。但是由于石墨烯表面缺少官能团且在溶剂中的分散性不好,从而限制了石墨烯在诸多领域的应用。近年来,已有一些关于石墨烯或氧化石墨烯功能化或改性的报道,包括共价键、非共价键和掺杂功能化等。另外,石墨烯独特的二维平面片状结构和极大的比表面积使其成为负载无机纳米粒子的理想载体。通过与多种不同结构和性质的无机纳米粒子复合,制备出新型无机纳米粒子@石墨烯杂化物,开辟了石墨烯更加广泛的用途。值得一提的是,氧化石墨烯由于其表面存在羰基、羟基以及环氧基团,因此具有很好的亲水性；此外,氧化石墨烯廉价易得,可以利用便宜的天然石墨大批量制得。因此,基于石墨烯的复合材料的制备通常是由氧化石墨烯出发制得。本论文针对以上两个方面,开展了石墨烯的功能化以及负载无机纳米粒子的研究,从氧化石墨烯出发制备了基于石墨烯的纳米复合材料,主要取得如下研究结果：(1)利用一种含芳香环的氨基酸(色氨酸)功能化石墨烯,通过色氨酸的共轭结构与石墨烯的大π共轭体系产生强的非共价键相互作用,从而提高了石墨烯在水中的分散性。首先将氧化石墨溶于水,然后加入一定量的色氨酸,利用水合肼还原氧化石墨烯,从紫外光谱、拉曼光谱、X射线衍射等结果可以看出,氧化石墨烯被还原成了石墨烯。最后利用溶液共混法将其加入到水溶性高分子聚乙烯醇中,制备出聚乙烯醇/色氨酸功能化石墨烯纳米复合材料。拉伸实验和热重分析结果表明,极少量的石墨烯就可以增强聚乙烯醇的力学和热学性能,即添加质量分数为0.2%的石墨烯可以将聚乙烯醇的拉伸强度提高23%。(2)利用石墨烯的二维平面结构和极大的比表面积,负载零价铁纳米粒子,制备出零价铁@石墨烯杂化纳米复合材料,并用其使染料甲基蓝褪色。首先利用氧化石墨烯吸附Fe3+形成Fe3+@氧化石墨烯复合物,然后加入还原剂硼氢化钠水溶液,Fe3+和氧化石墨烯同时被还原,从而形成零价铁@石墨烯杂化纳米复合材料。X射线衍射、拉曼光谱、傅立叶变换红外、X射线光电子能谱等研究结果表明,氧化石墨烯被还原成了石墨烯。透射电镜结果表明,石墨烯上的零价铁纳米颗粒大小约为5nm,当零价铁与氧化石墨烯的质量比为1：5时,零价铁可均匀分布在石墨烯表面上。褪色实验结果表明,零价铁@石墨烯杂化纳米复合材料在使染料褪色方面比零价铁的效率高,而且这种零价铁@石墨烯杂化纳米复合材料表现出一定的磁性,可利用外加磁铁使其从溶液中快速分离,从而在环境保护等领域(如污水处理)具有一定的应用前景。