自人类进入纳米时代，纳米炭材料成为了研究者们关注的焦点。纳米炭材料优异的电学、力学、光学和化学性能，使其应用涉及到了纳米器件的制造、电子材料和器件、生物医学、化学、物理、复合材料、储能材料等众多领域。其广泛的应用前景吸引了各国科学家的关注，已成为研究的热点，而以功能为导向的纳米炭材料的结构设计与可控制备也成为纳米炭材料的主要研究方向。本文分别以聚苯乙烯为碳源，三氯化铁(氯化镍，硝酸镍)为催化剂，采用氮气保护下加热裂解法制备了石墨烯材料。其次，以氧化石墨为原料，利用高锰酸钾与碳反应，后经水合肼还原制备了多孔石墨烯。最后，以氧化()为模板，乙烯和甲烷为碳源，用化学气相沉积法制备了碳空心球。具体研究内容如下：　　 ⑴以聚苯乙烯为碳源制备纳米炭材料时，不同催化剂对碳的形貌有显著影响。以氯化镍为催化剂时，生成纳米级的碳颗粒，以硝酸镍为催化剂时，生成微米级的饼状物，而以三氯化铁为催化剂可以制备出片层的石墨烯结构。在以三氯化铁为催化剂制备石墨烯时，随着催化剂含量的增加、热裂解温度的升高、升温速率的升高、反应时间的延长，制备的样品片层变厚，团聚结块，致密化。经过加热回流处理，聚苯乙烯和三氯化铁能够充分混合均匀，形成均一体系，制备的石墨烯较好。该工艺特点是操作方便，节能、利于大批量制备炭纳米材料。最后我们探讨了其反应机理，高温时聚苯乙烯分解产生的苯乙烯与三氯化铁反应，生成1，2，2-三氯-1-苯乙烯(C6H5-C2Cl3)，之后发生烷基化反应和脱氢反应，相互链接形成以六元环为基本单位的网格结构，即片层的石墨烯结构。　　 ⑵采用高锰酸钾刻蚀氧化石墨的方法制备出多孔石墨烯(PGN)，通过XRD、XPS、SEM、TEM分析，所制备的多孔石墨烯片层较薄，高倍下可以观察到孔洞的存在。制备的多孔石墨烯上氧化锰被完全除去，没有其他杂质。孔洞的存在提高了石墨烯的比表面，BET表面积达到1374 m2·g-1，远远高于纯石墨烯(267 m2·g-1)。在6 mol·L-1 KOH电解质中进行电化学测试表明，当扫描速度为2 mV·s-1对，PGN比容量为241 F·g-1；扫速为500 mV·s-1时，PGN的比容量为154 F·g-1，5000次循环后比容量较初次循环仅衰减了12％。PGN的充电曲线和放电曲线基本对称，电极电位随充放电时间呈线性变化。相比石墨烯，电极具有更小的iR降，具有良好的电化学可逆性。　　 ⑶采用氧化镁纳米颗粒为模板制备了碳空心球，通过XRD、TEM、SEM等表征，证实其结构为碳空心球，外径在60nm左右，壁厚只有3～5个纳米。同时具有较好的石墨晶体结构。其机理是高温下，碳氢化合物(C2H4、CH)发生热解，生成气态碳原子或者团簇，在球形氧化镁表面沉积形成碳层，形成球形的碳/氧化镁复合材料，经过酸洗将氧化镁除去，得到碳空心球。电化学测试表明，当扫速为2 mV·s-1时，乙烯和甲烷制备的碳空心球的比电容分别为219 F·g-1和181 F·g-1，当扫速为1000 mV·s-1时，他们的比电容分别为133 F·g-1和82F·g-1。所制备的碳空心球具有很好的电容特性，电极具有较小的内阻和较好的电化学可逆性。