基于碳纳米管(CNTs)、石墨烯(GS)突出的光学、热学、电学等性质及钌配合物、镍纳米粒子(NiNPs)、钯纳米粒子(PdNPs)在光电转化、磁性、催化等方面优异的性能,本文结合功能化CNTs、GS与钌配合物、NiNPs、PdNPs制备成纳米复合物,且将其应用于光电转化、污水处理及催化等领域。本文主要包括以下部分:(1)以联吡啶芘衍生钌配合物为功能分子通过π-π非共价相互作用对GS进行功能化制备成功能材料(B-Ru-P/GS)。通过透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、荧光光谱等系统的表征方法研究了功能材料在形貌、结构、光谱等方面的性质。对B-Ru-P/GS的电化学发光(ECL)和光电响应研究显示:B-Ru-P/GS功能材料的ECL信号强且稳定;光电响应电流可逆且明显强于钌配合物。结果表明所得功能材料具有突出的光电性能,有潜力用作固体传感器、发光二极管及有机太阳能电池等光电设备的活性材料。(2)制备了镍纳米粒子功能化且具有优良水分散性的GS复合材料(Ni@GSs-C(CH3)2COONa)。首先采用高温气体还原法将Ni NPs固载于GS表面,再通过氰基自由基加成的共价方法对GS进行功能化以提高材料水分散性。通过TEM、Raman、粉末X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)、磁性测试等系统的表征方法研究了复合材料在形貌、结构、组成、热稳定性和磁性等方面的性质。复合材料用于深度去除水中芳香族模型化合物的研究证明该复合材料具有较快的吸附速率、简便迅速的磁分离特性及可重复使用等优点,因此Ni@GSs-C(CH3)2COONa在解决废水处理问题具有一定应用价值。(3)使用三种常见的还原剂(氢气、硼氢化钠、乙二醇)制备了基于苝四酸非共价功能化石墨烯钯基催化剂并且用作直接乙醇碱性燃料电池(DEAFCs)阳极催化剂。通过TEM、Raman、XRD、XPS等系统的表征方法研究了催化剂在形貌、结构、组成等方面的性质。电化学活性测试结果表明此系列催化剂较Pd/GS和Pd/C对乙醇电化学氧化显示出更优异的催化性能。同时,还原剂显著地影响催化剂的催化性能。在所制备的催化剂中,Pd/PTCA-GS(NaBH4)显示出最高的催化活性,最强的耐蚀性及稳定性-这是由PTCA分子及还原剂的双重作用所致。以PTCA为功能分子的功能化方法和还原剂对催化剂活性影响规律可用于其他类似碳质材料载体的功能化及制备高效燃料电池催化剂。(4)制备了基于离子液体1,3偶极环加成共价功能化碳纳米管钯基催化剂(Pd@IL(Cl-)-CNTs)且用于 DEAFCs 阳极催化剂。通过 TEM、Raman、XRD、TGA等系统的表征方法研究了催化剂在形貌、结构、组成、热稳定性等方面的性质。由于离子液体的影响,Pd@IL(Cl-)-CNTs较Pd@CNTs拥有更大的电催化活性、更强的耐蚀性和更强的稳定性。扫描速率的控制实验证明在Pd@IL(Cl-)-CNTs工作电极上乙醇氧化过程由扩散过程所控制。同时,不同类型离子液体(对阴离子不同)催化剂的电化学测试研究发现离子液体结构的细微变化能较大程度地改变IL(X)-CNT杂化材料的性能。以上研究结果显示:Pd@IL(Cl-)-CNTs是最优的催化剂,同时IL功能化CNTs的策略可应用于类似碳质材料负载其他高活性、高分散性和高稳定性的金属纳米粒子。(5)制备了基于苝四酸衍生物离子液体非共价功能化氮掺杂石墨烯钯基催化剂(Pd/PDIL-NGS)并用作DEAFCs阳极催化剂。PDIL-NGS通过温和的溶液法以PDIL为功能分子,GO为原材料,尿素为氮源制备。Raman、XRD、XPS、紫外可见吸收光谱等系统的表征方法证实了氮原子对石墨烯进行了有效的晶格掺杂及PDIL分子对NGS进行了高效的功能化。分散性和电化学研究显示氮原子的晶格掺杂和PDIL分子的引入不仅提高了载体的机械加工能力,而且提高了其电子转移能力。电化学催化性能测试显示:较Pd/NGS和Pd/C, Pd/PDIL-NGS拥有较大的电化学活性表面积和较强的加工性能,进而显示出更高的催化活性和更强的耐用性、稳定性,表明其在直接乙醇碱性燃料电池中作为阳极催化剂使用具有一定的前景。