二维纳米炭材料在锂离子电池、钠离子电池等方面具有广阔的应用潜力,其形貌结构对电化学性能具有重要影响。因此研究二维纳米炭材料的制备方法及其形貌调控具有重要的学术价值和实用意义。盐模板法是制备二维纳米炭材料的一种绿色、简单的方法。然而,目前盐模板法制备二维纳米炭材料存在以下问题:所得材料形貌均一性差,厚度较大,并且无法实现对二维炭材料表面形貌的调控;盐晶体的生长过程以及与碳源的相互作用从而形成二维炭材料的机理仍不明晰。本论文基于中性盐和冰晶体的晶体生长,从结晶系统组分选择、晶体组分生长方式、碳源与晶体的匹配,多角度研究了晶体生长行为对二维纳米炭材料形貌的调控作用。研究了所得二维纳米炭材料的结构形貌与电化学性能的关系,并对多孔炭材料用作锂离子电池负极材料时的容量随循环增长现象进行机理研究。(1)在F127-氯化钠水溶液体系中,通过控制盐晶体慢速结晶诱导制备了炭纳米片。炭纳米片宽度为1-5 μm,厚度为6 nm,具有大量缺陷与局部结晶较好的区域,层间距约为0.43 nm。在以蒸干为干燥方式的慢速结晶过程中,氯化钠晶体生长为立方体形状的微米级晶体,F127分散于氯化钠晶体表面。在炭化过程中,炭前驱体于盐晶体表面发生自下而上的炭化反应,生成炭纳米片。此外,氯化钾也可以用在慢速结晶体系中制备炭纳米片。因此,以链状聚合物F127为碳源,以中性盐为模板,通过控制盐晶体慢速结晶从而获得二维炭材料是一种普适的制备方法。当炭纳米片用做锂离子电池负极材料时,在1 A g-1电流密度下,500次循环后可保持830 mAh g-1的可逆比容量;用作钠离子电池负极材料时,在1A g-1的电流密度下,炭纳米片电极具出264.4 mAh g-1的首次可逆比容量,在经过500次循环以后,仍可保持190 mAh g-1的可逆比容量。炭纳米片优秀储锂、储钠性能应归结于其缺陷与扩大层间距共存的结构。缺陷可以为离子的存储提供大量位点,扩大的层间距可显著的提高离子扩散速率。(2)在F127-罗丹宁-氯化钠体系中,通过控制氯化钠盐晶体快速结晶,得到具有纳米级椭球形或多面体形状的氯化钠晶体。体系的冷冻温度和溶质组成对氯化钠晶体的生长具有调控作用,影响冻干后骨架材料的形貌。在-55℃冷冻温度下,氯化钠晶体生长成为椭球形晶体;在-25℃冷冻温度下,氯化钠晶体生长成为多面体或立方体晶体。以此为模板进一步诱导制备了氮硫共掺杂的囊泡状石墨烯网和氮硫共掺杂的石墨烯纳米片。囊泡状石墨烯网具有大量褶皱结构,囊泡直径约为500 nm;石墨烯纳米片则呈互相堆叠形貌。用作锂离子电池负极材料时,氮硫共掺杂囊泡状石墨烯网电极在0.05、0.5、1 A g-1的电流密度下,可分别保持1456、784、654 mAh g-1的可逆比容量;氮硫共掺杂石墨烯纳米片电极在0.05、0.5、1、2 A g-1的电流密度下,可分别保持1439、625、497 mAh g-1的可逆比容量。囊泡状石墨烯网呈现优于石墨烯纳米片的大电流性能。其原因可归于囊泡状石墨烯网互相连接的网络结构具有更短的离子传输通道,有利于离子的传输与电荷的转移。(3)深入研究了 F127-氯化钾水溶液体系中冰-氯化钾晶体的双相结晶过程。并通过控制双相结晶行为,实现骨架材料的形貌调控,进一步诱导制备具有可控表面形貌的石墨烯纳米片材料。KC1浓度与F127浓度对冰-KC1双相结晶过程具有重要作用。控制F127浓度不变,冻干后的骨架材料随KC1浓度的提高,从表面具有凹凸点状的分型结构向表面具有平行规则台阶的板状结构、砖状结构转变。控制KC1浓度不变,冻干后的骨架随F127浓度提高向分形结构转变。将具有台阶的板状骨架高温处理后,可得具有条纹结构的类牛仔布条纹石墨烯纳米片。这是由于F127在具有台阶的KC1晶体表面的台阶拐角处易于富集,导致炭化后在KC1晶体台阶拐角处所成炭比在台阶表面所成炭厚度略大,从而形成具有条纹结构的石墨烯纳米片。将其用作锂离子电池负极材料时,在1Ag-1的电流密度下,600次循环后仍可保持1025 mAh g-1的可逆比容量,表现出优秀的电化学循环稳定性。(4)为研究炭材料,尤其是多孔炭材料,用作锂离子电池负极材料时容量随循环逐渐增长现象的内在机理,我们通过模板法制备了多孔炭材料,并证实了多孔炭材料中盲孔与闭孔的共存结构。多孔炭电极在50 mA g-1的电流密度下,第40次循环可逆容量为700 mAh g-1,循环至110次循环时,可逆容量提升至1300 mAhg-1。在循环过程中中中于低电位不断增强的锂离子向材料内部缺陷与孔结构的扩散作用是导致容量随循环增长的主要原因。