三维石墨烯材料由于具有高比表面积,快速电子传输速率和低密度等优点,在电催化领域中显示出了广阔的应用前景。然而由于单纯石墨烯材料的催化性能较差,通常使其与过渡金属材料或非金属元素复合,得到催化性能协同增强的三维石墨烯复合材料。这种三维石墨烯复合材料已经成为构建下一代能量存储和转换装置（例如超级电容器,电池和燃料电池）的理想材料。其中,氧还原反应（ORR）是很多能量转换装置的关键性反应,它对这些装置的性能起着决定性作用。同时,电催化全水解作为一种有前景的产氢方法,也得到了广泛研究。因此,本文主要探究了三维石墨烯硫化钴复合材料的制备及其在氧还原和全水解中的应用,主要包括如下两方面的内容。首先,使用三聚氰胺泡沫作为模板和氮源,以氧化石墨烯和氯化钴为原材料,通过简单的挤压吸附、干燥和硫化工艺,获得了三维多孔的硫氮共掺杂石墨烯、硫化钴纳米颗粒与碳泡沫的复合材料(Co_1-xS/SNG/CF)。三聚氰胺泡沫不仅可以作为三维支撑骨架,还可以做为环保的氮源,在氮掺杂的过程中,不会对环境造成任何污染。该Co_1-xS/SNG/CF催化剂显示出了优异的氧还原催化性能,其起始电位仅为0.99V,与Pt/C催化剂的起始电势相同。此外,Co_1-xS/SNG/CF催化剂的稳定性和甲醇耐受性明显优于Pt/C催化剂,是昂贵的Pt/C催化剂的潜在替代品。其次,设计和开发高效耐用的非贵金属催化剂,尤其是用于全水解的双功能催化剂对于析氢反应（HER）和析氧反应（OER）具有重要意义。我们通过肼诱导发泡工艺和热处理工艺在不同温度下合成了一系列负载着CoS_1.097纳米颗粒（NPs）的三维氮掺杂石墨烯泡沫。我们发现,在750℃下热处理的复合材料(CoS_1.097/NGF-750)具有连续的三维多孔结构,超亲水性和超高催化活性。CoS_1.097/NGF-750在析氢反应和析氧反应过程中,作为电催化剂分别在240 mV和124 mV的低过电位下提供了10 mA cm^-2的电流密度。此外,用CoS_1.097/NGF-750分别作为阴极和阳极组装的自支撑双电极电解槽,在1.56V和1.65V的电位下分别达到了10 mA cm^-2和20 mA cm^-2的电流密度,并且保持了长期稳定性（45小时后活性仍保持95%）。同时,这种新型石墨烯泡沫的复合材料催化剂可以实现大规模工业化生产,有望用于全水解的实际应用。