碳是一种与人类生活密切相关的古老而又年轻的材料。从日常生活中的铅笔芯到航天航空设备中的结构材料,碳都起着重要作用。其中,石墨烯的发现更是缔造了碳材料在纳米领域中的辉煌,然而目前石墨烯实际应用范围的扩宽尚存在以下两个急需解决的问题:金属纳米颗粒在石墨烯表面的牢固负载与足以支撑金属纳米颗粒重量的石墨烯强度。本论文的主要研究内容及结论如下:化学气相沉积法中以铜箔为基底、石墨烯纳米带（GNRs）为增韧剂,通过调控实验参数如温度、CH₄/H₂气体的流速及保温时间后成功在950℃、H₂/CH₄=600/10sccm、保温15min的条件下制备出了分布均匀、结构完整的高强度钢筋化石墨烯薄膜,接着在其表面负载了通过热回流法制备的粒径均匀的Fe₃O₄纳米颗粒,随后再次采用了化学气相沉积法成功将Fe₃O₄纳米颗粒还原为Fe纳米颗粒,并通过调控实验过程中的H₂/C₂H₂流量及保温时间后成功在850℃、H₂/C₂H₂=500/5 sccm、保温4min的条件下制备出了能够有效避免Fe纳米颗粒被氧化的致密碳壳层,并且Fe纳米颗粒能够通过该碳壳层牢固地锚定在钢筋化石墨烯薄膜上,在对其进行磁性测试后进一步验证了该样品的电磁性能得到了极大改善,同时在空气中稳定性较好,从而扩宽了其在透明电磁传导、探测及柔性电子设备领域中的应用;以泡沫镍为基底、CH₄为碳源、碳纳米管（CNTs）为增韧剂,通过化学气相沉积法制备得到均匀且缺陷浓度低的多层石墨烯泡沫体。通过在石墨烯泡沫体表面负载Fe₃O₄、NiFe₂O₄、CoFe₂O₄纳米颗粒后使用多巴胺掺氮来制备了氮掺杂铆钉石墨烯泡沫体,并对以上各样品均进行了ORR、OER及锂空气电池测试。FeCoNG-12h样品的ORR开启电压为-0.17V,极限电流密度为-3.1mA/cm²,同时此FeCoNG-12h样品的OER开启电压为0.60V,极限电流密度为10.7mA/cm²。综合LSV曲线、K-L曲线及Tafel曲线分析可知,FeCoNG-12h具备最佳双功能电催化性能,锂空气电池的性能测试数据表明,FeCoNG-12h电极的首次放电容量达到了3500mAh/g。