众所周知石墨烯是碳原子构成的二维晶体,它独特的结构对应的多种优异性质使其在复合材料及储能等领域具有巨大应用潜力。然而,石墨烯材料存在的较大比表面积和片层间范德华力让它易于团聚,因而难以在溶液中均一分散。如何抑制石墨烯及复合物在分散介质中的团聚,以便利用石墨烯自身优点强化其他掺杂材料的应用性质,成为石墨烯研究领域的热点问题。本文针对以上问题,以克服或降低石墨烯的团聚为目的,研究了石墨烯及其复合物对聚乙烯醇（PVA）水凝胶材料和新型环氧树脂腐蚀防护涂层材料的改性。同时系统地讨论了石墨烯片层材料对分子晶体与金纳米粒子（AuNP）的保护作用,为石墨烯在晶体领域的应用与发展提供了理论与技术支撑。首先,本文在总结目前国内外关于石墨烯基水凝胶材料的制备方法、实验方案、性质研究等工作的基础上,提出了一种基于氧化石墨烯（GO）的GO-SPAN-PVA的水凝胶制备技术,以改良这种材料的机械性能、含水量、对重金属离子(Pb²⁺)和亚甲基蓝（MB）染料的吸脱附和可再生性质。制得的复合水凝胶不仅具备优异的机械性能,也具有高弹性和不易形变性。当GO-SPAN纳米材料加入量为0.8wt%时,复合水凝胶含水量高达87.84%,对MB染料具有很好的吸附效果。经过脱附和可再生性吸附测试后发现,水凝胶在脱附后第三次的再吸附量依然接近100%,第6次的再吸附量也超过80%,表明水凝胶可在多次脱附实验后保持高效的再吸附能力。合成路线和测试分析的结果为更多石墨烯基水凝胶的结构与组成设计提供了理论基础与实验依据。紧接着,在环氧树脂腐蚀防护涂层材料方面,为了增强涂层的耐腐蚀性能,本文在Q235低碳钢旋涂工艺的基础上,通过加入新制备的磺酸化苯胺三聚物（SAT）中间体,制得氧化石墨烯GO和SAT的复合物,通过两者之间的协同作用,在增强GO在环氧树脂涂层中分散性的同时,促进了复合物体现出更优异的腐蚀保护性能。当GO-SAT复合物的添加量为10mg时,防腐蚀效率可达96.42%。得益于GO优异的屏蔽阻隔性质,GO-SAT复合材料的加入使得腐蚀介质在涂层内部的扩散路径更长、更弯曲,也使得涂覆有环氧树脂涂层的电极表面的接触角从77.9°增加至106.2°,增强的表面疏水性会在一定程度上降低腐蚀介质向涂层内部的扩散速度与数量,为开发新型的防腐蚀技术提供了延长扩散途径的新思路。再进一步,为更充分理解（类）石墨烯材料腐蚀抑制机理,本文同时制备了一种抗坏血酸-苯胺三聚物（VTA）中间体,将其与还原氧化石墨烯（rGO）结合后发现,VTA的加入可显著增强rGO在介质溶液中的分散性,因而可在环氧树脂涂层中持久均匀分散。电化学阻抗结果显示,VTA-rGO复合材料的加入使涂层耐腐蚀效率发生明显增大。此类新型复合物的制备,丰富了不同有机物改性（类）石墨烯的方法,拓展了石墨烯相关材料在防腐蚀涂层领域的应用。最后,为了深入验证石墨烯材料自身的屏蔽阻隔效应,本文进行了石墨烯片层材料对分子晶体保护作用的研究和对AuNP保护作用的探索。以一种水溶性强且pH敏感的pyranine晶体为例,利用石墨烯片层材料自身优异的物理屏蔽作用,依靠石墨烯转移操作将pyranine晶体包覆于通过CVD法生长的石墨烯之下。光学结果显示,经过不同溶剂处理后被石墨烯包覆的pyranine晶体可以保留在玻璃基片上,而未被石墨烯包覆的pyranine晶体几乎全部被溶解去除,这表明片层状的石墨烯材料对于不同溶剂环境下使用的分子晶体有明显保护作用。以此为基础,本文提出了石墨烯包覆金纳米粒子的设想,并结合实验研究,验证了石墨烯片层材料可在严苛的实验条件和应用环境下对AuNP进行有效保护。这对于包含染料在内的不同分子晶体与纳米金材料在不同介质溶液中的应用提供了重要理论支撑和实验依据,也显示出石墨烯片层材料在晶体尺度应用领域中的巨大潜力。