石墨烯是单层碳原子组成的蜂窝状的二维晶体，其独特的二维结构使其表现出多种优异的性质，如大的比表面积、高的导电性、导热性、好的吸附能力、优异的力学性质和化学惰性等，在传感器件、储能器件、导热材料、电磁屏蔽材料、催化剂载体等方面具有潜在的应用前景。然而，不同形式的石墨烯可控制备，以及石墨烯基材料的应用出口探索还是当前需要解决的问题。　　本文通过几种制备方法获得不同形式的石墨烯材料，分别研究了这些材料在传感，储能和水处理方面的应用。所获得的主要结果和结论如下：首先，利用交流电泳(ac-DEP)方法制作了基于石墨烯的高灵敏探测一氧化氮(NO)传感器。这个新型器件由钯修饰还原氧化石墨烯(Pd-RGO)活性通道和化学气相沉积法生长的石墨烯覆盖的电极组成。Pd的修饰提高了器件的灵敏度。良好的石墨烯接触提高了器件的稳定性和检测范围。另外，电流退火大大缩短了器件的恢复时间。这种室温下高灵敏度，可恢复性，可靠的传感器探测范围在2-420 ppb，响应时间为数百秒。本器件的制作方法简单也可规模化，器件具有优异的性能，表明该石墨烯器件有希望应用于对人类呼出NO和环境污染物的探测。其次，以六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)为催化剂前驱体，采用化学气相沉积(CVD)技术快速合成高密度三维石墨烯宏观体((3D-GMOs))。该自支撑的3D-GMOs有大的比表面积(560 m2/g)和的高的导电率(12 S/cm)。因此，以3D-GMOs为电极，通过电沉积技术，可以获得高的重金属的吸附容量。本工作对研究制备3D-GMOs以及3D-GMOs在水处理重金属方面都有重要意义。最后，研究了多层高温膨胀石墨烯(EG)作为负极活性物质和正极磷酸铁锂导电添加剂以及薄层化学解离石墨烯(FLG)粉体作为负极活性物质对储锂性能的影响。结果表明，石墨烯的层数影响石墨烯负极材料的储锂容量。高质量的薄层的石墨烯在锂离子电池应用方面有巨大潜力。