电弧等离子体法因具有安全可靠、可控性高、高的热性能、高的化学活性、极快的冷却速度和反应气氛可控等优点,被广泛地用来制备碳纳米材料。但该方法制备碳纳米材料的生长机理尚不明确,这极大地限制了电弧法可控制备碳纳米材料。因此,探究了氢气、氩气和氮气气氛对碳纳米材料形貌的影响。在氢气/氩气和氢气/氮气气氛下,探究氢对碳纳米材料结构转变的作用。由于氩原子很难与碳簇成键,碳簇之间的随机结合形成了无定形的球形碳纳米颗粒; C-N键是形成氮掺杂碳纳米角的关键,而氢通过终止碳悬空键来促进石墨烯片的形成。另外,制备的石墨烯片层具有边缘厚、中心薄,且各边缘的厚度不一致,结合实验和数值模拟结果提出了氢诱导边缘生长（HIMG）模型来解释石墨烯的生长机理。通过介质阻挡放电等离子体改性碳纳米角,获得氮和氧共掺杂的碳纳米角。氮掺杂可通过形成额外的N???O相互作用和调节碳纳米角本身的电子结构,从而提高碳纳米角的二氧化碳吸附能力。同时,碳纳米角独特的间隙纳米孔结构能够存储放电产物,大量的结构缺陷为催化二氧化碳还原提供活性位点。以上因素使得以氮和氧共掺杂的碳纳米角为催化剂的钠-二氧化碳电池具有较高的催化活性和可逆性。