碳材料常被用作吸附分离材料或催化剂载体，研究已涉及的材料有活性炭、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和氮化碳等材料。石墨烯虽然有望作为一种新型的高效固体吸附剂而倍受关注，但其难以固液分离以及无吸附选择性的缺点制约了进一步的应用。而作为时下热点的模板法制备多孔氮化碳材料虽具有高的比表面积和不同的孔径分布，但是合成方法过于复杂且产生大量的二次污染。本论文正是着眼于对以上问题的改进，通过使用等离子体手段及有机物直接热解等简便环保的方法制备出多种结构的碳材料，从而改善其理化性能，提高材料的离子选择性与吸附容量，同时也深入探究了制备过程中的碳材料的形成机制。　　1.氧化石墨烯/聚吡咯复合材料的制备及其作为吸附剂在环境治理方面的研究　　我们通过Hummers方法液相化学氧化剥离石墨粉，先制备出表面含有丰富含氧亲水官能团的氧化石墨烯薄层纳米片，再通过常压下介质阻挡放电技术将吡咯单体接枝于氧化石墨烯纳米片上，从而得到氧化石墨烯/聚吡咯复合材料。该复合材料对U(Ⅵ)离子表现出高效的选择性吸附效果;同时对有机污染物苯酚、苯胺也具有极高的饱和吸附量，分别为2.14、6.74mmol·g-1。此外，通过HCl溶液和乙醇溶液的淋洗吸附剂后，该复合材料分别对U(Ⅵ)离子和有机污染物苯酚、苯胺呈现出很好的可重复利用去除效果。我们研究了不同接触时间、吸附剂浓度、酸度、离子强度和温度对吸附效率的影响，并推测其吸附过程的机理。　　2.多孔氮化碳材料的制备及其作为吸附剂在环境治理方面的研究　　我们通过直接在空气中热解尿素制备出多孔氮化碳材料，该材料具有150.5m2·g-1高的比表面积和16.39nm的BJH平均孔径。多孔氮化碳材料对水溶液中的Pb(Ⅱ)离子和苯胺表现出良好的吸附效果，并可以通过HCl溶液与乙醇溶液的淋洗被加以重复利用。经过研究不同温度下的吸附过程，我们得到吸附热力学参数，并得知这种吸附为热力学的自发过程;同时通过不同接触时间、离子强度、酸度对吸附效率的影响来推测该过程的吸附机理。　　3.铜诱导空心纳米碳球的制备及其形成机制的研究　　以石墨粉为碳源，铜为金属催化剂，氦气/乙炔为反应气体，通过直流电弧放电的方法制备出高质量的石墨化空心纳米碳球，其中外径为60-130nm、内径为20-80nm。结合STEM照片逐步解释铜诱导空心纳米碳球的详细形成过程，并提出其形成机制，我们认为空心纳米碳球是在形成石墨包覆铜纳米颗粒的基础上，由于铜和石墨不同的热膨胀性能而致使核壳分离、颗粒空洞形成、石墨层坍塌、铜核逃逸，进而形成纳米空心结构。此外，通过比较不同金属（如银、锡、金、铅、镍）和石墨的直流电弧放电产物来验证所提出纳米空心结构的形成机制。结果表明，对碳原子石墨化的催化作用，以及可以引入足够压力差来破损石墨层的热膨胀性能，是形成空心纳米结构的两个关键因素。