由于高比表面积,高电导率,良好的电化学活性以及优异的化学稳定性等特点,二维碳基化合物在能源存储和催化等领域极具应用前景。在储能应用中,二维碳基化合物兼具了快速的电子和离子传输特性,不仅可作为超级电容器电极材料,也能和其他材料进行复合,实现高载量下高性能的稳定输出。此外,二维碳基化合物具有丰富的活性位点和高催化活性也可作为电解水催化剂。目前,二维碳基化合物在众多研究领域展示了其潜在优势,但要实现其真正应用,发展一种绿色、高效和大量制备高质量的二维碳基化合物的制备方法以及对其进行功能化修饰并优化其性能是当前研究的重点。本论文围绕二维碳基化合物的制备及其在储能和催化等应用领域所面临的问题展开研究工作,发展了盐模板制备二维碳基化合物的新方法,研究了二维碳基化合物在电催化中的催化机制,并组装了高性能储能器件。主要研究成果如下:（1）通过盐模板法制备了大尺寸高质量的超薄碳化钼纳米片,并制备了基于二维碳化钼的单片器件,研究了碳化钼纳米片的本征物理特性,测试了单个碳化钼纳米片的拉曼和电阻,探讨了不同温度下材料电阻的变化。研究结果表明,材料的电阻和温度呈现正相关关系,具有金属性的特点。基于二维碳化钼单片器件,研究了材料的厚度、暴露位置和电催化析氢性能的关系,发现碳化钼纳米片的边缘是主要的活性位点,其HER性能随厚度的增加而降低。（2）通过在二维氮掺杂碳纳米片上负载高载量的过渡金属单原子来提高活性位点密度,进而优化材料的电催化活性和质量活性。采用盐模板法,利用金属有机框架化合物作为前驱体,一步法合成了高载量（15.3 wt%Co）单原子负载的二维氮掺杂碳纳米片,使用球差电镜和同步辐射等先进表征手段,观测和模拟了SCo NC材料的形貌和结构模型。测试了材料的氧还原反应和氧析出反应性能,组装并且测试了可充式锌空气电池的性能。球差电镜测试结果表明SCo NC具有大量的Co-N4配位结构。进一步通过DFT计算,研究了单原子不同配位结构的催化活性,并揭示了Co-N4结构是催化和吸附的活性中心。（3）通过化学刻蚀法制备了二维过渡金属碳化物Ti3C2Tx。本文研究了Ti3C2Tx材料在1 M Li2SO4电解液中的电化学性能,并以钒掺杂Mn O2为正极材料,Ti3C2Tx为负极材料,通过合理的匹配正负两极的电容和电压,组装并测试了水系非对称超级电容器器件的电化学性能。研究表明,该器件的工作电压窗口高达2.1 V,这是目前报道的基于MXene材料超级电容器性能的最高数值,并且实现了46 Wh kg-1的高能量密度,展现了其较高的实际应用潜力。