石墨烯纳米带（GNRs）,作为一种新型碳纳米材料,与传统碳纳米材料相比,具有更高的电导率和热导率。同时,石墨烯纳米带独有的开放边缘结构和有序分层结构,使其在化学电源领域受到越来越多研究者的关注。本论文以过渡金属（Fe,Co,Ni）氧化物/石墨烯纳米带的复合材料为研究对象,对复合材料的结构进行了一系列的设计和优化,并探讨了这些复合材料在锂离子电池、超级电容器以及电催化领域的电化学行为和机理。以热回流方式,制备出由Fe₃O₄纳米颗粒交联的石墨烯纳米带三维（3D）复合材料（3D Fe₃O₄@GNRs）。其中,石墨烯纳米带构成了3D结构的骨架,Fe₃O₄不仅作为电活性材料负载于石墨烯纳米带表面和层间,而且能够交联并固定石墨烯纳米带的交叉连接处,使得石墨烯纳米带自组装成为3D多孔结构。作为锂电池负极材料,3D Fe₃O₄@GNRs表现出高的循环性能（在0.1 A g-1的电流密度下经100次循环容量1700 mAh g-1）和倍率性能（在1 A g-1的电流密度下,容量1265 mAh g-1）。在此基础上,利用Fe₃O₄/MO（M=Co,Ni）纳米颗粒的磁性交联作用,得到一系列3D Fe₃O₄/MO@GNRs新型复合材料。阐明了3D GNRs多孔结构的形成基础在于Fe₃O₄/MO磁性纳米颗粒在石墨烯纳米带接合处的优先聚集,起到了连接和固定石墨烯纳米带的作用,从而构造出基于GNRs的3D多孔结构。作为锂电池负极材料,该复合材料表现出高的放电容量和循环稳定性（在0.1 A g-1的电流密度下经80次循环,3D Fe₃O₄/CoO@GNRs和3D Fe₃O₄/NiO@GNRs电极的放电容量分别为1432和1058 mAh g^-1）。此外,两种复合材料均表现出顺磁性,使其在磁共振成像以及生物分离方面具有广阔的应用前景。基于3D Fe₃O₄/CoO@GNRs复合材料,我们将3D Fe₃O₄/CoO@GNRs和石墨烯量子点（GQDs）通过简单的超声混合,得到3D GQDs-Fe₃O₄/CoO@GNRs复合材料。GQDs和3D Fe₃O₄/CoO@GNRs之间的协同效应,提高了3D GQDs-Fe₃O₄/CoO@GNRs的氧还原（ORR）催化活性。空心NiCoO₂纳米盒子与相互交错的石墨烯纳米带通过静电作用形成NiCoO₂/GNRs新型复合材料。作为高效的电催化氧析出（OER）催化剂,NiCoO₂/GNRs具有小的开启电压1.58 V（vs.RHE）,且在电流为10 mA cm^-2时,过电势为390 mV。此外,NiCoO₂/GNRs作为超级电容器的电极材料,在1 A g^-1的电流密度下,电容为937.8 F g-1。研究表明,石墨烯纳米带的静电吸附提高了复合材料的导电性和稳定性,同时也增加了OER反应的活性位点。