自从2004年曼切斯特大学Geim小组成功分离出单原子层的石墨烯（graphene）以来，在理论研究和应用领域，石墨烯及其他二维材料引起了研究者极大的兴趣。在过去的十几年中，石墨烯、类石墨烯及其复合材料均得到广泛研究并应用于透明导电薄膜和储能器件等领域。然而，高质量石墨烯及类石墨烯材料的制备及规模化应用方面依然是极具挑战性的课题。本论文从高质量石墨烯的制备入手，着重于石墨烯的可控功能化，控制制备了几种新型的功能化石墨烯材料，详细考察了这些材料的组成、结构及界面;探索了这些功能化石墨烯在高性能透明导电薄膜和锂离子电池制造等领域的应用，系统研究了其结构和性能之间的相关关系。此外，初步开展了一类新型类石墨烯二维晶体材料（氯化亚铜二维晶体片）的制备研究。　　首先，通过化学反应与物理剥离两种方式相结合，探索了多种制备高质量石墨烯的方法，其中，基于石墨插层化合物的层间氧化还原反应与湍流或超声方法相结合，制备了大量高质量石墨烯材料。这种方法不但避免了传统氧化还原方法污染大、耗时长、制备的石墨烯材料结构破坏严重及电学性能差的缺点，而且提高了产率。　　第二，率先提出并发展了一种可规模化、无损转移石墨烯的策略，印石墨烯的可逆化学功能化。这种可逆功能化策略包括基于氯酸盐体系的羟基/环氧基功能化石墨烯的可控制备及其通过氢碘酸的高效还原。这不仅提高了石墨烯在一系列溶剂中的分散性、改善了其加工性能，还使石墨烯的结构、界面及特性在宏观材料及体系中得以保持。研究表明，基于羟基/环氧基功能化石墨烯的透明导电薄膜，相比于传统的石墨烯氧化物基透明导电薄膜，表现出极为优异的导电性能;基于羟基/环氧基功能化石墨烯的锂离子电池碳硅纳米杂化电极材料，相比于传统的石墨烯氧化物基杂化材料，表现出显著提升的储锂性能。　　第三，发展了一种边缘选择性功能化石墨烯的化学溶液法，制备了一类高质量功能化石墨烯材料。通过调节羟基/环氧基功能化石墨烯的合成条件，在石墨烯边缘引入大量羧基基团，从而使其具有良好的溶液分散性及加工性;相比传统的含大量不可修复缺陷或孔洞的石墨烯氧化物和/或还原的石墨烯氧化物，所制得的边缘羧基化石墨烯具有完整的片层结构。研究表明:边缘羧基化石墨烯可用于不同领域，不仅可作为一类结构完整盼二维模板以实现无机纳米粒子的均一组装，可用于制备高性能的透明导电薄膜，还可用于构建连续可调亲水性的石墨烯基材料体系，有望成为一种全新的、通用的、可溶液加工的石墨烯材料。　　第四，从石墨烯功能化角度出发，对Hofman法进行改进，以膨胀石墨为原料，利用混酸体系以及氧化剂对膨胀石墨进行氧化插层，制得的氧化石墨烯所带官能团种类主要是环氧基与羟基。这种功能化石墨烯的结构保持的更为完整，基于这种功能化石墨烯的透明导电薄膜，相比于传统的石墨烯氧化物基透明导电薄膜，表现出更为优异的导电性能。　　第五，在铜基底上首次制备了氯化亚铜二维晶体片。通过三氯化铁的引入及反应介质的调控，实现了具有不同厚度氯化亚铜二维晶体片的控制制备，这些新型类石墨烯二维纳米材料有望应用于催化等领域。　　总之，石墨烯的可控功能化不仅较好解决了石墨烯的难溶解性，还确保了石墨烯的结构、界面以及特性在宏观材料及器件中的保持，为推进石墨烯的规模化应用提供了一条捷径。可以预见发展的若干功能化石墨烯材料将会扩展到传统石墨烯氧化物涉及的能量转换、存储、传感等一系列潜在应用领域，发挥其不可替代的作用。