石墨烯因其具有特殊的二维平面结构,赋予其优异的导电性能、光学性能、力学性能以及催化剂等性能,被广泛用于储能、发热、光学等领域。但石墨烯的制备条件比较苛刻并且制备的产量不可控,因此为了提高石墨烯的产量,需要对石墨烯的制备工艺进行细致探索和优化处理。传统的石墨烯制备工艺主要以氧化还原法、机械法、CVD气相沉积法以及气液相剥离法等,但因产量低以及产品质量不可控等因素,严重限制了石墨烯的工业化应用,因此研发一种产量高、制备工艺可控的石墨烯制备工艺已经成为当今研究技术发展的主要方向,本论文以此为目标开展相关研究。本文首先以石墨烯的制备工艺为研究对象,初步筛选确定采用氧化还原法为工艺路线制备氧化石墨烯GO。按照元素简化处理,以及氧化机理分析,采用HNO3替换H3PO4,避免P元素干扰。设置温度梯度实验确定GO在190℃下表面官能团脱水还原效果最佳。通过SEM和TEM结果表明可以通过直接加热法,制备出大表面积高纯度的石墨烯,片层厚度普遍在1-4层;通过EDS分析表明杂质元素含量在0.29%,氧元素含量低至9.44%,表明石墨烯还原度非常高。电化学检测表明,样品RGO#5比电容量达到最大值 186.25 F/g,能量密度达到 72.50 W·h/kg。在此基础上,进一步提出含氮掺杂石墨烯的制备思路。通过在GO表面引入N元素,使N元素取代C在石墨烯骨架的位置,通过类似取代反应原理,得到类似含吡啶及吡咯结构的氮掺杂石墨烯N-RGO,进一步提升石墨烯的电化学性能。实验中采用高温还原实验,通过设置多温度梯度对比,发现在190℃下,样品呈现最佳分层效果。通过SEM、TEM以及AFM结果表明可以通过直接加热法,制备出更大比表面积的含氮掺杂石墨烯,片层厚度在2-5层左右;掺杂率达到26.26%。通过电化学检测发现,190℃下的样品N-RGO#5比电容量达到最大值236.00 F/g,相对于RGO#5提升26.71%,能量密度达到118.0 W·h/kg。根据以上两种实验原理,研究引入羟基（-OH）对GO表面官能团改性,实验表明GO表面官能团会发生醚化和酯化,使层片之间进一步拉大达到双层分层的效果,进而制备出高品质氮掺杂石墨烯RGO-N。通过TEM、SEM以及AFM综合论证表明,样品RGO-N分层十分均匀,表面光滑,杂质元素含量极低在0.29%左右,氧元素含量在3.53%左右,表明石墨烯近乎被还原;层数大部分处在1-2层左右,厚度在0.41384 nm左右。在制备样品过程中通过FR-IR和XPS检测发现经历酯化醚化的现象。通过电化学检测发现,RGO-N#4表现出双层电容和法拉第电容混合现象。内阻比较小,电极过程属于电荷传递和扩散过程同时控制。通过不同温度梯度下的样品对比,比电容量达到最大值278.91 F/g,相对于RGO#5提升49.25%的性能,并且相对于N-RGO#5提升18.18%的性能,能量密度达到139.455 W·h/kg。此外,氮掺杂率达到11.17%,相比N-RGO#5虽然N元素降低,但其综合性能明显增强。