石墨烯的发现,掀起了科学界对二维材料的研究热潮,由于其独特的二维结构,原子级层厚和新奇的物性,赋予了石墨烯在各个领域应用的潜能。如何有效开发石墨烯的广泛应用,或者利用石墨烯与其他材料的结合来发挥石墨烯的优异特性,给我们提供了广阔的研究空间。作为二维材料家族中的另一明星材料,二维过渡金属硫族化合物(TMD)也因其性能与结构的多样性成为研究热点。而化学气相沉积(CVD)法是制备该类材料最常使用的方法,而目前仍有部分TMDs未能实现利用该法生长大面积,高结晶质量单层或多层样品。这也为我们试图开发新型二维材料的高质量制备方法提供了契机。基于以上,本文首先从石墨烯的应用入手,优化石墨烯与其他材料复合过程,系统探讨石墨烯在不同应用中的作用机制;同时,我们也开发了单层与多层二硫化钛的常压CVD生长方法。论文主要内容如下:还原氧化石墨烯的应用:利用喷雾热解法成功制备了褶皱还原氧化石墨烯薄膜光探测器,所制备光探测器显示出卓越的光响应稳定性和瞬态光电流响应。此外,通过复合氧化锌与硫化铅量子点以增强薄膜光吸收,复合纳米结构光探测器表现出约四倍光电流增加的和宽带光电探测特性,光响应率为0.12 A/W;半导体光催化剂与石墨烯的复合可以有效提高光催化剂表面光生载流子(电子—空穴对)的分离效率。本文通过三维结构氧化铜纳米线与氮掺杂还原氧化石墨烯复合,制备了高性能块体光催化剂,详细讨论了氮掺杂石墨烯在半导体催化剂表面调控光生载流子分离效率的机理。CVD法生长石墨烯的应用:我们在室温下制备了镓掺杂氧化锌(GZO)/石墨烯/PET多层结构柔性透明导电薄膜。薄膜在550 nm可见光下具有75%透明度和721Ω/sq的表面电阻。在拉伸与弯曲应变下,复合结构薄膜的电导率没有因为表面GZO层产生的断裂裂痕而急剧下降,石墨烯作为薄膜中间层可以有效提高柔性透明导电薄膜的应用稳定性。最后,我们开发了以氯化铵与金属钛作为生长源的改进常压CVD方法来合成了大面积,高质量的单层二硫化钛。通过利用三温区管式炉,实现了对金属源与硫源挥发速度和时机的精确控制,结果表明:通过调整生长动力学条件(温度,气流等),我们可以在相对较低的温度下制备出高结晶质量的单层二维硫化钛,也可以利用生长基底种类的选择,实现对二硫化钛纳米片的形貌控制。