化学气相沉积(CVD)技术是可控制备石墨烯的主要方法之一,然而目前传统金属催化剂上生长的石墨烯在后续应用中涉及到复杂的转移与金属残留问题,因此开展在非金属衬底上石墨烯的直接制备尤为重要。在对直接CVD生长工艺进行探索的同时,对制备样品实际应用场景的挖掘也同样重要,本文主要关注的是所制备的石墨烯在锂硫电池中的应用。本文以直接CVD技术为主要方法对锂硫电池宿主材料和功能隔层进行精准的结构设计,从而有效管理多硫化锂,促进电化学反应动力学过程,提高电池的电化学性能。论文的主要研究内容概括如下:1.采用盐模板辅助的离子体增强CVD技术(PECVD),在盐模板上以相对较低的温度(600-700℃)可控、保形生长氮掺杂石墨烯,生长结束后水洗即可得到氮掺杂石墨烯纳米片。所制备的氮掺杂石墨烯具有良好的导电性和溶液可加工性,基于其制备的石墨烯基打印墨水,能够印刷成高性能的锂硫电池功能隔层。本工作为批量化制备低成本、高环保的石墨烯基打印墨水提供了一条切实可行的路径。2.采用PECVD技术在TiO2纳米管上原位生长具有缺陷结构的石墨烯,直接形成G-TiO2异质结。基于G-TiO2异质结制备的宿主材料具有双功能的电催化功能:(1)由于石墨烯和TiO2的功函数不同,能够存储大量的界面电荷,从而可以增强界面的电导率,促进多硫化锂的转换;(2)协同利用TiO2良好的吸附性和石墨烯优异的导电性,为多硫化锂构筑了平滑的吸附-扩散-转化途径。本工作为高性能锂硫电池的异质结型多功能宿主材料的制备提供了-条新途径。3.采用All-CVD技术制备了ReS2@NG异质结,生长过后简单的将其转移到商用隔膜上,即可作为锂硫电池轻质高性能功能隔层。得益于CVD过程精准调控的垂直的二维纳米结构、ReS2良好的吸附性和氮掺杂石墨烯良好的导电性,ReS2@NG异质结构可增强多硫化物转换的反应动力学,在保证锂离子顺利运输的同时,可促进多硫化物的再利用。基于CVD生长的二维材料薄膜作为功能隔层为多功能、经济环保的锂硫电池隔膜的设计提供了新思路。4.采用泡沫铜辅助的PECVD技术,可以实现石墨烯在各种柔性衬底上的直接制备,甚至是5.5英寸宏观均匀柔性石墨烯玻璃的可控制备,结合石墨烯玻璃透明导电的特性,可以将其应用于钙钛矿太阳能体系。同时,本章采用裂解温度较低的吡啶作为碳源,可以实现柔性衬底上氮掺杂石墨烯的直接制备,可将所氮掺杂石墨烯玻璃直接作为电解水析氢的活性电极。本工作进一步拓宽了直接CVD技术在储能领域的应用前景。