石墨烯是由單層碳原子以正六邊形緊密排列成蜂窩狀的二維平面結構，其二維結構使石墨烯具有大的比表面積以及優異的電學、力學和熱學性能，以上諸多特性使石墨烯在金屬復合材料中有著廣泛的應用。

　　一方面，以石墨烯為載體負載金屬納米顆粒。金屬納米顆粒特別是貴金屬納米顆粒具有很好的穩定性和催化活性等，廣泛應用于催化劑、傳感器等領域。但隨著尺寸的減小，其表面能增加會導致顆粒之間容易發生團聚，而以石墨烯為模板負載金屬納米顆粒，可以起到物理隔離作用，防止顆粒的團聚，增強其活性。另外石墨烯可以和金屬納米顆粒進行耦合，可控地組裝成三維結構，實現材料的多功能應用。同時能夠降低貴金屬的含量，降低制備成本。在此項研究中，除了要解決石墨烯自身的制備成本及量產技術外，主要的問題是如何更準確地控制金屬納米顆粒在石墨烯表明的分散程度和尺寸分布，從而提高其活性面積和反應性能。

　　另一方面，將石墨烯片層結構添加到金屬基體中，可在很大程度上提高金屬材料的力學性能，同時不影響甚至改善材料的熱學性能和電學性能，此類材料為石墨烯增強金屬基復合材料。此復合材料具有低密度、高強度等特點可廣泛應用于航空航天、輕汽車配件等。然而，如何將石墨烯片層均勻分散到金屬基體中，同時使石墨烯和金屬間形成良好的接觸界面且不破壞石墨烯的微觀結構成為研究的難點。目前相關工作集中在石墨烯增強鋁、鎳、銅等復合材料。