石墨烯是由单层碳原子构成的具有六边形蜂窝状结构的二维晶体，具有一系列优异的物理和化学性质:如大的比表面积、良好的导电性、高的导热性、优异的力学性质和良好的化学稳定性等。石墨烯优异的性能使其在能量存储，导电添加，导热增强等方面有着广泛的应用。然而，如何批量获得高质量薄层石墨烯仍然是一个挑战，这也成为制约石墨烯应用推广的关键因素。　　本论文主要探索了一种规模化制备高质量薄层石墨烯的技术方法，并研究了此种方法所制备的石墨烯的性能及应用领域，具体结论如下:　　首先，高质量薄层石墨烯的宏量制备:利用传统的两区法将氯化铁分子插入石墨片层中，获得完全一阶插层的氯化铁石墨插层物，再利用石墨层间氯化铁的物理化学特性进一步将石墨片层打开，从而获得高质量薄层石墨烯。在这个过程中，利用氯化铁的催化特性，催化双氧水反应生成氧气和水，可以将石墨沿轴向解理开。此方法制备出的石墨烯片层较薄（层数小于6层），纯度很高（＞97 wt％），缺陷较少，几乎不含任何官能基团，最大程度的保持了石墨烯的原始结构。我们提出的层间催化解理法可以制备出高质量薄层石墨烯，解决了石墨烯制备中一直面临的无法同时实现“大量”和“高质量”的问题。　　第二，高质量薄层石墨烯的储锂性能研究:以不同厚度的高质量石墨烯作为锂离子电池负极的活性材料，制作成纽扣式锂电池，通过对其进行不同电流密度下的充放电测试和循环稳定性测试，发现层间催化解理法制备的薄层石墨烯（层数集中在4层左右）具有非常好的循环稳定性和较高的储锂容量，在充放电循环1000多次后，容量仍保持在700 mAh/g。　　第三，高质量大片层石墨烯的定向成膜特性及导热应用研究。高质量大片层薄层石墨烯虽具有优异的电学和热学性能，但在实际应用过程中存在着难以定向成膜的缺点。这里我们采用氧化石墨烯作为分散助剂，利用氧化石墨烯亲水性和相互作用增强作用，可以辅助高质量大面积薄层石墨烯定向成膜，定向石墨烯膜的热导率可高达400 W/mk，具有一定的应用价值。　　第四，高质量石墨烯与碳纳米管复合体系制备。以氯化铁插层石墨为原料，经高温膨胀还原后，可以实现金属铁和石墨烯的复合体系，利用金属铁实现催化碳纳米管生长，以乙炔为碳源，利用高温下化学气相沉积，实现在石墨烯表面催化生长碳纳米管。利用这种方法可以得到碳纳米管均匀分散在高质量石墨烯中的复合体系。