近年来，一种新型的二维单层碳材料——石墨烯正成为人们广泛研究的焦点。它有非常多的优良性质，比如很大的表面积，优良的导电能力以及良好的机械柔软性。石墨烯及它的衍生物正被科学工程界广泛的研究。但是石墨烯存在的一些缺点我们也不能忽视，比如它的非刚性结构导致石墨烯易聚集。所以科研人员花费了大量精力研究以石墨烯为基质的复合材料，通过与其他材料的复合，来克服自己的缺陷，发挥自己的优势。在这篇论文中，我们研究了石墨烯与金属氧化物之间的相互作用，包括成功合成出石墨烯（G）/金属氧化物（MO）的复合结构，金属氧化物（MO）/还原氧化石墨烯（rGO）/铂三层复合物以及它们在电化学催化及光催化方面的潜在应用。石墨烯与金属氧化物的结合不仅利用了刚性的金属氧化物来防止石墨烯的聚集，同时石墨烯良好的导电性还促进了复合结构中电子的传导。本文中，我们选择了Fe₂O₃，CeO₂为典型的例子来证明我们的设计的方案。本论文的第一部分成功的合成出了石墨烯包裹Fe₂O₃纳米粒子的结构。其实现方法是先合成出Fe₂O₃纳米粒子及石墨烯氧化物，然后用APS对Fe₂O₃进行表面修饰，然后再将其与石墨烯氧化物混合，两者由于静电作用结合在一起，然后再用肼将石墨烯氧化物还原成石墨烯。获得的材料被应用在罗丹明B的光降解中并且相比较于纯GO，纯Fe₂O₃以及没有催化剂的情况，G/Fe₂O₃催化剂展现了最好的光降解性能。G/Fe₂O₃复合结构中，包裹Fe₂O₃纳米粒子获得刚性的石墨烯充分的发挥了良好导电性的特点，使得这种结构在催化中体现出了优越性。本论文的第二部分成功合成出了CeO₂/rGO/Pt的三层结构。使用石墨烯氧化物和CeO₂纳米粒子为原料使用水热法先合成出还原石墨烯氧化物包裹CeO₂的结构，然后再将Pt纳米颗粒均匀的负载在还原石墨烯氧化物的表面。这种特殊的三层的结构使得这种材料在甲醇氧化中与rGO/Pt，CeO₂/Pt，Pt/C催化剂相比表现出良好的电催化性能。还原石墨烯氧化物作为中间层被固定在两相间而获得了刚性，所以它很好的促进了CeO₂纳米粒子与Pt纳米颗粒间的电子传递，从而大大增强了它的电催化能力。