二维碳纳米材料石墨烯自从被合成以来,因为其独特的二维单原子层纳米结构、优异的物理化学性质,如超大的比表面积、极高的导电导热性、优异的机械柔韧性等而受到科学家们广泛的关注。虽然石墨烯有上述突出的优点,但目前的各种制备方法制备出的石墨烯远远没有达到石墨烯的理想状态。如化学还原制备的石墨烯导电率比完美石墨烯差很多;而传统的机械剥离法、气相沉积法等制备得到的石墨烯产量较低,难以规模化生产,气相沉积法的生产条件还需要高温,成本高,反应苛刻。另外石墨烯片层特别是层数少的石墨烯很容易发生堆叠,使得实际比表面积大大降低。因此尽管石墨烯有很多优异的性能,但是单一的石墨烯不一定能满足各方面应用的需求。二维碳层克服了石墨烯易堆叠的缺点,一般都具有较高的比表面积,可以作为石墨烯的替代品进行很多二维碳基复合纳米材料的合成以及结构、组成等方面的调控,达到优异性能的需求。本文主要探索了一种新的方式一步法合成二维碳层负载金属或者碳笼,并对产物进行了表征。对不同碳基复合纳米材料探究了其形貌及性能,主要内容如下:1.碳笼@超薄碳层的一步法合成及作为锂离子电池阳极材料的应用。十六胺作为一种长链状的表面活性剂,易于形成层状结构,以十六胺作为碳源和结构导向剂,钴离子为金属催化剂,氯化钾为模板,在高能球磨的作用下,利用高温锻烧的方法一步合成出超薄碳层负载钴片,同时研究了它的磁学性能;此外,通过加盐酸刻蚀掉钴片,就形成了一种新型结构的碳纳米材料:超薄碳层负载碳笼。超薄碳层厚度为1.6 nm,大约为5倍单层石墨烯厚度,中空纳米笼分散在碳层上防止其堆积,首次实现了三维碳纳米笼和二维超薄碳层结构的结合。该复合物具备优异的锂离子电池性能。由于三维纳米笼和二维纳米层的协同效应,复合物在0.5 C倍率下的可逆容量为650 mAh·g-1,几乎没有容量损失。另外该电池在10 min内快速充电,在10 C(3720 mA.g-1)下500圈后容量达580 mAh g-1,具有广阔的应用前景。2.超薄碳层负载金纳米粒子有序结构及其电催化性能的研究。在不加石墨烯的情况下,直接利用氯金酸和十六胺作为反应前驱物,同样利用高能球磨,在高温煅烧下原位合成出超薄碳层负载的金纳米粒子。可以通过调节反应物的比例来控制最终金纳米粒子的尺寸,且在合适的条件下可以实现金纳米粒子在碳膜上的组装。将超薄碳层负载金用于双氧水的检测,发现材料具有较好的催化检测性能。