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金属（金、银、铜等）纳米粒子（NPs）由于其独特的光学、电学、磁学等特性在催化、传感等领域得到了广泛的应用。石墨烯具有大的比表面积、高的导电、导热性、优异的化学稳定性和力学性能,是金属纳米粒子的理想载体。将金属纳米粒子与石墨烯复合,不仅有助于改善金属纳米粒子的团聚问题,而且利用两者的协同效应,可以获得更加优异的催化和传感等性能。本论文以化学气相沉积法（CVD法）制备的三维石墨烯/泡沫镍（3DGr/NiF）和氧化还原法制备的二维石墨烯/花生壳（RGO/PS）为基底材料。分别用水热法、一步还原法、置换反应法制备金、银、铜NPs/石墨烯复合材料,并将制备的复合材料用于对有机污染物4-硝基苯酚（4-NP）、有机染料亚甲基蓝（MB）和罗丹明B（RhB）的催化还原,系统探讨了温度、初始浓度、PH值、催化剂量对复合材料催化性能的影响,同时还研究了复合材料对过氧化氢（H2O2）的传感性能。取得的主要成果如下:（1）分别采用多元醇法、CVD法和聚乙烯比咯烷酮（PVP）辅助水热法制备Ag NPs、Gr/NiF和Ag NPs/Gr/NiF复合材料。Ag NPs粒径约45 nm、均匀分布在Gr/NiF表面。复合材料对4-NP(K=1.641 min-1),MB(K=1.503 min-1)、RhB(K=1.525 min-1)均展现出较高催化活性、优异的耐久性和可重复性,作为电极材料对H2O2的传感表现出高灵敏度。（2）采用一步还原方法制备了Cu NPs/RGO/PS复合材料。Cu NPs呈球状、均匀密集地分布在PS的表面和内部微孔上、无团聚现象。复合材料对有机污染物和有机染料均表现出高催化活性和良好的重复使用性,对4-NP、MB和RhB的催化速率常数K分别达到5.061 min-1、3.891 min-1和3.590 min-1,在完成对六次循环催化后,复合材料对4-NP,MB和RhB的催化活性仅分别下降了18.85%、17.21%和10.84%。（3）采用置换反应法制备了花瓣状Cu NPs/Gr/NiF复合材料。Cu NPs呈花瓣状、片层厚度约为30-50 nm、无团聚现象。复合材料对4-NP、MB和RhB的催化速率常数K分别达到16.094 min-1、10.496 min-1和10.606 min-1,显示出优异的催化活性和稳定性。催化速率常数K随温度、初始浓度、催化剂量增加而上升,在碱性条件下随PH值的增加先上升后下降。一方面,随着pH值增加,NaBH4更稳定,自分解的量减少,参与催化反应的量增加;另一方面,随着pH值增加,有机污染物和有机染料在Cu NPs上的吸附性能下降。通过这两个竞争因素的相互作用,得到最佳pH值为12。（4）采用置换反应法制备了球形Au NPs/Gr/NiF复合材料。无任何还原剂、表面活性剂和有机溶剂,整个反应过程只需20 s,所制备的Au NPs平均粒径小于100 nm,呈球状。复合材料对浓度为0.25 mM和0.05 mM 4-NP的催化速率常数K分别为0.534 min-1、0.569 min-1。复合材料被用作可重复使用的催化剂,在完成六次循环催化后,复合材料对浓度为0.25 mM和0.05 mM的4-NP的催化活性仅下降了5.99%、7.73%,催化活性保持稳定。