纳米材料是指材料的三维空间中至少有一个维度处于纳米尺寸(0.1-100nm)，或是由它们作为基本单元构成的材料。由于在至少一个维度上存在量子限域效应，纳米材料相比于体相材料表现出了一系列不同的优异性能。为了实现对纳米材料的性质研究以及在多方面领域的应用，制备具有不同结构与组成的纳米材料是一个重要的研究方向。石墨烯作为二维纳米材料的先驱与代表，是最早被成功制备出来的一种二维纳米碳材料。实现石墨烯的可控制备与性能研究受到了纳米材料领域的广泛关注。本论文通过化学气相沉积的方法制备了一系列具有不同结构与性质的石墨烯材料，在场效应晶体管、场发射、电催化分解水析氢等众多领域表现出了优异的性能。此外，除了传统的碳纳米材料石墨烯外，还使用界面自组装的方式合成了一种新型的二维聚合物碳纳米材料，并对其结构与形成机理进行了研究。具体研究结果如下:　　1.不借助任何模板、催化剂以及等离子体设备，直接通过化学气相沉积方法在多种基底上生长了高密度的直立石墨烯。系统的对照实验与理论计算研究表明，碳源的浓度是决定石墨烯生长行为的决定性因素，当碳源浓度超过某一临界值以后，石墨烯就会由平面生长转变为垂直生长。由于其所具有的高导电性，独特的垂直形貌，该直立石墨烯表现出了优异的场发射性能，其中开启电场仅为1.07V/μm，阈值电场仅为1.65V/μm。　　2.在化学气相沉积系统中，以硅同时作为基底与原料，制备了高密度的氧化硅纳米线网络结构，通过原位的直立石墨烯沉积，直接得到了直立石墨烯纳米网络材料。相比于平面基底生长的直立石墨烯，三维石墨烯网络材料的直立石墨烯密度大大提高，具有大量的石墨烯边界。因而，该材料表现出了优异的电催化分解水析氢的性能，起始电压仅为～18mV，与商用的Pt/C十分接近。由此，首次通过对石墨烯材料的形貌调控，实现其在非掺杂、不负载外加助催化剂条件下的高效电催化分解水析氢。　　3.为了实现石墨烯在电子领域的应用，绝缘基底上直接制各高质量的石墨烯是一个重要的研究方向。在化学气相沉积中引入双碳源的策略来活化基底并抑制重复成核，克服了绝缘基底生长石墨烯过程中存在的催化作用弱、石墨烯层数不均一等缺点，实现了在氧化硅基底上高质量大面积的均匀单层石墨烯的制备。所生长的石墨烯不需要任何转移过程就可以直接实现器件的制备与测试，表现出了高的迁移率。　　4.通过水溶液中多巴胺的自聚，聚多巴胺可以在几乎任意基底（固/液界面）上沉积，被广泛用来对固体表面进行修饰。但是这种方法得到的聚多巴胺均匀性比较差，形貌完全无规律。首次发现多巴胺聚合后会在溶液界面（气/液界面）上自组装得到一层均匀的二维纳米薄膜。相比于固液界面的无规沉积，气液界面自组装得到的聚多巴胺薄膜具有更好的厚度均匀性以及层数可控性。通过系统的表征研究了该自组装薄膜的结构与形成机理。