石墨烯是一种新型的二维纳米结构的碳材料，因具有高的热稳定性、优越的力学性能、非凡的电子传递性能等性质，近年来引起了广泛关注。此外，石墨烯较好的化学稳定性、较高的比表面积和较宽的电化学窗口使其成为超级电容器电极材料的一颗新星。本论文主要围绕石墨烯和石墨烯基氧化物复合材料的制备及其在超级电容器方面的应用开展了一系列的研究。超级电容器是利用电化学双电层或电极材料在电极/溶液界面发生的氧化还原反应而存储能量的装置。目前，对超级电容器的研究主要集中在提高和改善材料的电化学性能方面。本文采用抗坏血酸作为还原剂，在低温油浴和微波辅助条件下制备了高品质的石墨烯并研究其作为电容器电极材料的性能。通过一系列表征手段比较了两种制备方法的优缺点。实验证明，微波辅助法能够快速制备高品质的石墨烯。两种方法制备的石墨烯都是理想的双电层电容器电极材料，具有良好的导电性和循环稳定性。在经过500次循环，电流密度为20mA/cm²时，测得微波辅助法和低温油浴法制备的石墨烯的比电容分别为75F/g，52F/g，相应的电容保留率为93.6%，85.7%。通过对比可以看出，微波辅助法制备的石墨烯具有更高的比电容和循环稳定。通过对石墨烯表面修饰金属纳米粒子来提高石墨烯较低的比容量。本文通过简单的一步溶剂热法，成功在石墨烯表面生长四氧化三铁纳米粒子，并研究了复合物电容器性能。充放电测试结果显示：Fe₃O₄和复合物在电流密度为50mA/cm2，经过500次循环之后的比电容分别是145F/g，274F/g。复合物的比电容要高于纯相的Fe₃O₄和石墨烯，说明石墨烯的掺杂提高了复合物的电化学性能。利用抗坏血酸作为还原剂，成功的在石墨烯基底上生长α-氢氧化镍纳米片，并且研究了不同复合比例对电化学性能的影响。测试表明，复合物具有较高的电化学活性和比电容。随着复合物中α-氢氧化镍比例的增大，其比电容也随之增大。电化学测试结果显示，当氧化石墨与α-氢氧化镍的质量比为1:3时，在电流密度为20mA/cm²时，复合物的比电容高达738.4F/g，在经过500次连续充放电之后，电容保持率为94.6%，具有较高的比电容和高的循环稳定性，是最佳的比例。