石墨烯是由单层碳原子紧密堆叠而成的蜂窝状材料,具有比表面积大、传热性能好、导电能力强等优点,普遍应用于各个领域。但由于石墨烯使用过程中易团聚,导致其应用领域受限。石墨烯组装而成的3D石墨烯拥有更大的活性表面积等特性,近年来引发密切关注。与此同时,石墨烯、3D石墨烯改性成为当前探究的焦点。本文在介绍石墨烯、3D石墨烯的结构、性能及石墨烯制备的基础上,总结了3种复合材料的主要制备途径,并且分析了其合成方法的利弊。重点探讨了它们在锂离子电池、燃料电池的电化学催化剂及传感器中的应用,简述了复合材料优良性能产生的机理。提出在掺杂改性中应注意各元素掺杂量、掺杂比例、掺杂位点的确定等问题。最后指出了石墨烯、3D石墨烯及其复合材料的制备还面临不稳定、无法大规模生产、导电率低的瓶颈并对其在固态金属锂电池、透明电池、吸附材料等领域的发展前景做了展望。