作为一种新型的二维纳米材料，石墨烯具有优异的物理化学性能，被广泛应用于电子科学、材料科学、催化剂载体、生物医学等领域，从其被发现开始就成为了人们研究的最热门的材料之一。本文利用电弧放电法直接制备两种负载不同纳米催化剂的石墨烯，分别为铂纳米颗粒/石墨烯复合物与四氧化三锰/石墨烯复合物，并将其分别应用于直接甲醇燃料电池与超级电容器中，最后，对该方法制备的样品的形态、结构和电化学性能进行一系列的研究。主要内容和成果如下：（1）利用电弧放电蒸发含金属铂和金属锰的碳电极棒分别直接制备了负载铂纳米颗粒和锰化合物的石墨烯。Raman光谱、SEM和TEM的表征结果表明，制备得到的石墨烯复合物样品结构稳定，结晶性高，纯度高，并且平均粒径在数纳米的催化剂颗粒均匀分布在石墨烯上。（2）将制得的铂纳米颗粒/石墨烯复合物在不同气氛和温度下进行系统的物理活化，除去包覆在铂纳米颗粒表面的碳层，通过Raman光谱、XRD、SEM、EDS、HRTEM等表征技术对样品进行详细的研究。结果表明，处理过后的石墨烯样品依然保持了很高的结晶性，铂以面心立方的结构存在于石墨烯样品中，当热处理温度低于1073K时，样品中的铂纳米颗粒几乎不会发生团聚，而当热处理温度提升到1173K后，过高的温度会破坏石墨烯的结构，使得铂纳米颗粒发生大量团聚。通过HRTEM的观察，提出了一种有可能的电弧放电法制备的石墨烯与铂纳米颗粒的结合方式。（3）利用循环伏安法、计时电流法研究了铂纳米颗粒/石墨烯催化剂对于甲醇电催化氧化的性能。结果表面，H1073-Pt/G样品具有最优的电化学性能，在铂负载量只有商用催化剂三分之一的情况下，其甲醇氧化的峰电流强度为商用铂碳催化剂的2.8倍，同时稳定性和抗CO中毒能力也都要优于后者。（4）将制得的锰化合物/石墨烯复合物在空气中进行提纯和氧化，除去石墨烯样品中无定形碳的同时，将锰化合物氧化成四氧化三锰。Raman光谱、XRD、TEM数据表明，热处理前，样品中的锰以硫化锰的形式存在，而热处理后，硫化锰已被完全氧化成了四氧化三锰，并且热处理过程能有效的除去包覆在硫化锰上的碳层。（5）将四氧化三锰/石墨烯复合物制成水系和有机系超级电容器。通过交流阻抗曲线，循环伏安曲线，恒流充放电曲线的观察，与单纯的石墨烯超级电容器做对比，发现所有样品都表现出了明显的电容特性并且其等效串联电阻很低。随着四氧化三锰含量的增多，其电化学性能逐渐增强。除此之外，四氧化三锰的加入，不仅能使在相同的电压扫描速率下的比电容增加为原来的3倍，而且其稳定性依然得到保留，在3000次充放电循环后，样品的比电容依然可达到起初的96%。