石墨烯自从在2004年被首次制备出来,在短短几年内,就成为材料科学领域的研究热点。石墨烯也因其优异的物理、化学性能而被应用到诸如储能、化工、光电、传感等许多领域,石墨烯产业目前也处于快速发展和成熟的过程中。随着应用的进一步深入,未经改性的纯石墨烯已经很难满足需求,比如:本征石墨烯的零带隙特性,限制了其在半导体领域的应用;石墨烯自身的电化学性能无法完全满足新一代储能器件的要求,需要和特定材料进行复合以提升综合性能。掺杂是改变石墨烯特性最有效的手段之一。本论文从理论上研究了包括氮原子在内的几种非金属原子插层对石墨烯的性能调控作用,还分别实验制备了氮掺杂石墨烯和二氧化锡纳米晶体以及磷酸钒锂纳米颗粒的复合材料,测试了复合材料的性能。本论文主要研究内容如下:(1)现有石墨烯掺杂的理论研究主要关注替代掺杂和缺陷修饰,本论文对石墨烯插层掺杂的理论研究进行了有效补充,提出了SiC (0001)面上外延生长的双层石墨烯被包括氮原子在内的非金属原子插层的模型,采用第一性原理分析的方法研究了其能带特性和界面磁性。为了作对比,我们先分别研究了氟,氯,氧,氮原子可能的插层方式以及插层前后的能带和界面磁性等的变化,然后汇总进行了横向比较。发现通过增加氟原子的吸附浓度,可以精确地将体系从n型掺杂调制到电中性,再调制到p型掺杂,同时界面磁性也跟着发生变化。氯掺杂特性和氟掺杂类似。氧原子修饰则能产生p型掺杂。氮原子修饰能给石墨烯打开一个小的带隙。该部分研究对石墨烯性能调控具有一定价值。(2)采用水合肼蒸气还原的方法,制备出了二氧化锡纳米颗粒晶体和氮掺杂石墨烯的复合材料,并用X射线衍射图,XPS能谱图,透射电镜图,拉曼光谱等进行了表征,研究了复合材料的形貌、微观结构、成分。二氧化锡纳米颗粒负极虽然具有较高的理论容量,但循环稳定性极差。为了探究氮掺杂石墨烯对二氧化锡电化学性能的影响,我们将该复合材料和对照组的二氧化锡纳米颗粒制备成扣式电池负极,做了比容量和循环性能等方面的测试。相对二氧化锡基负极而言,该复合材料负极具有更高的比容量和更稳定的循环性能。(3)实验并示范了一种能快速制备氮掺杂石墨烯和碳包覆磷酸钒锂纳米颗粒复合材料的简单方法。为了作对比,还制备了石墨烯和碳包覆的磷酸钒锂纳米颗粒的复合材料,以及碳包覆的磷酸钒锂纳米颗粒材料。表征了三组样品的形貌、微观结构和成分。并对三组正极材料进行了循环性能、倍率性能、长周期稳定性等测试,测试结果的比较可以进一步认识氮掺杂对石墨烯的性能影响,以及氮掺杂石墨烯对磷酸钒锂纳米颗粒的电化学性能的影响。该部分研究对于磷酸钒锂正极材料在高倍率下容量偏低的问题,以及循环性能的提升均提出了解决方案。