石墨烯是具有二维平面结构的碳纳米材料，其特殊的单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质，在能源储存和转化领域有广泛的应用。
本书对石墨烯相关材料在能源转化和储能领域的最新研究进展进行了综述，涉及物理、化学、材料科学、生物学和工程等学科领域。首先对石墨烯的基础，包括合成技术、表征方法和性质等做了简要介绍；在储能方面的应用，涵盖了锂离子电池、超级电容器和储氢等方面的内容；在石墨烯基能源转化器件方面，不仅包括常规的质子交换膜燃料电池，还介绍了新兴的微生物和酶生物燃料电池的新进展。全书各章内容不仅对实验室规模的器件结构做了介绍，还对将来扩大到工业规模的放大方法、制造过程和质量控制进行了讨论分析。
全书内容共有16章：1.石墨烯基础；2.用于锂离子电池的石墨烯基电极；3.石墨烯基能源器件；4.用于超级电容器的石墨烯基纳米复合材料；5.基于新型石墨烯复合材料的超级电容器；6.用于超级电容器的石墨烯；7.基于石墨烯的太阳能驱动的水分解器件；8.用于光催化的石墨烯衍生物；9.石墨烯基光催化剂在能源领域的应用：进展及展望；10.用于储氢的石墨烯基器件；11.作为燃料电池中先进电催化剂的尺寸形状可控的石墨烯担载金属纳米结构；12.石墨烯基微生物燃料电池；13.改善微生物燃料电池电极性能的石墨烯基材料应用；14.石墨烯及其衍生物在酶生物燃料电池中的应用；15.石墨烯及其衍生物在高效有机光伏中的应用；16.用作感光剂的石墨烯。
全书内容新颖，对同一主题由不同的作者从各自研究的角度预以介绍。有关酶生物燃料电池的第14章篇幅很短，因为该领域的研究刚刚起步。本书的作者中包括多位中国两岸三地（大陆、香港和台湾）的学者。
本书读者对象主要是材料科学和工程、物理化学、电化学、固体物理及电工专业的技术人员、教师和研究生。