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石墨烯基二维材料在燃料电池、超级电容器和电催化产氢等方向的广泛应用,为解决现代能源紧缺问题提供挑战与机遇。石墨烯本身所具有的高导电性、高比表面积和机械灵活性使其在存储电荷和产氢方向极具潜能,同时也推动其他类石墨烯二维材料应用于能源存储与转换。对于储能设备,可提供较高能量密度、满足快速充放电要求和超长的循环使用寿命的超级电容器是最佳选择,同时,电催化产氢的绿色发展机理使其成为用于大量制备可持续发展的氢燃料的主要手段。而任何新能源存储与转换装置的核心在于设计性能优异的电极材料。本课题基于石墨烯基和类石墨烯基二维材料进行制备合成并应用于能源存储与转换,主要研究内容如下:1)本工作中,我们主要针对氧化石墨烯和电荷转移盐复合薄膜,利用激光刻蚀技术进行叉指电极的设计应用于微型超级电容器。首先,我们通过改良的Hammer法制备氧化石墨烯和一步法制备电荷转移盐（TTF-TCNQ）待用,然后利用磁控溅射和激光刻蚀技术进行叉指电极的制备,最后进行器件的组装。通过采用直接激光刻蚀叉指电极制备电荷转移盐和石墨烯基微型超级电容器,电荷转移盐与石墨烯之间的强相互作用,以及平面内狭窄的交错电极,促进了电解质离子的快速扩散,进而提高电化学性能。所制备的微型超级电容器的扫描速率可以达到1000 V s-1,通过阻抗数据计算得到的弛豫时间常数为0.32 ms。另外,在120 Hz时,其比电容值可达151μF cm-2,相角为73.2°,具有典型的交流过滤波特性。同时,当电极厚度为20.6 nm,所得到的微型超级电容器的面积电容最高为27.2 m F cm-2。基于以上数据,该类型电极材料可为交流输电线路和相应微型化电子器件提供更多选择。2)本工作主要是针对石墨烯零带隙结构进行改善,以HAT-CN为前驱体在氮气环境下一步法直接煅烧处理得到富氮类石墨烯二维材料（C2N）,然后选择四种不同金属进行配位应用于电催化产氢。首先,我们设计合成得到一种电缺陷、刚性、平面、芳香盘状体系,具有优异的p-p堆积能力和显著的抗氧化性的HAT-CN,利用其强大的超分子聚集和自组装成晶体结构进行煅烧处理得到具有周期空洞结构的富氮二维材料（C2N）,然后与不同金属进行配位应用于电催化产氢。其中,C2N-Ru在10 m Acm-2下测试10 h,电催化性能基本保持不变,且测试的产氢性能甚至优于商业Pt/C。这种富氮类石墨烯二维材料由于暴露更多的电催化活性有望成为替代价格昂贵的Pt应用于电催化产氢。