石墨烯是一种单原子层厚度的二维晶体材料，具有远超过一般材料的新奇特性，比如极高的电导率、室温弹道输运、量子霍尔效应等。正是由于这些优异的性质，使石墨烯在电子学、光子学、柔性显示和能源领域等诸多方面展示出广阔的应用前景，并有望取代硅基材料用于制备集成电路器件。制备高性能电子器件首先要获得高质量石墨烯。由于与现有半导体技术工艺兼容性好，相比其他方法，碳化硅晶片表面热解生长石墨烯适用于制造石墨烯晶体管、逻辑电路等电子器件。商业碳化硅晶片具有硅面和碳面两种表面类型，因为在硅面上易于控制石墨烯的生长并可以稳定获得较佳的表面形貌，所以当前碳化硅可控生长石墨烯的研究主要集中在硅面。但由于硅面生长的石墨烯与衬底及其层间有较强的耦合，使电输运性质相对于本征石墨烯发生显著退化。而与之相比，碳面生长石墨烯的电输运性质比在硅面的高1～2个数量级，并且多层石墨烯仍能够保持接近单层的性质。然而在碳面，石墨烯的生长速度和表面形貌不易控制，难以获得大面积、均匀、适合于微电子应用的样品。所以在碳化硅碳面生长高质量石墨烯对于发展石墨烯电子器件具有重要意义。石墨烯除了高性能电子、光电子器件应用外，石墨烯粉体材料在能源、化工、生物医药等领域同样有重要的应用。但是，当前石墨烯粉体材料主要是通过液相化学法制备得到的，其质量较差。若能提高其质量，相关的应用将会有更为出色的表现。所以基于碳化硅晶片和粉末材料，分别制备出了高质量的站立石墨烯、石墨烯粉体以及石墨烯包覆碳化硅颗粒的核壳结构，并进行了光催化性能的研究。基于碳化硅衍生的各种形态生长石墨烯，本论文取得了如下主要成果:　　第一，通过碳化硅高温下易挥发出硅蒸汽，且易于与碳反应的性质，开发了利用碳化硅粉末所蒸发出的高浓度硅蒸汽刻蚀碳化硅晶片的同质气相干法刻蚀技术。利用该技术可以将碳化硅表面损伤层完全去除，得到几乎无缺陷、平直有序、单胞高度以内的规则小台阶形貌。该方法效果明显好于氢气刻蚀等干法刻蚀技术，并且刻蚀条件窗口宽，成本低廉无污染。这种方法广泛适用于各种晶型、不同取向的碳化硅晶面的刻蚀，为在碳化硅表面生长石墨烯提供了良好的初始形貌。该技术也为其他晶体的刻蚀研究提供了一种新思路。　　第二，详细研究了生长参数对碳化硅晶片上生长石墨烯质量的影响。的硅面，使用高温高压法生长石墨烯制备了宽度超过20微米的高度有序大台阶形貌，并以此方法制备出无台阶的石墨烯平台阵列，有利于微电子器件的批量制备。基于同质干法刻蚀得到的表面形貌良好的碳化硅晶片和利用约束硅气氛蒸发与定向逸出的方法，在碳面碳化硅上可控制备出大面积有序的规则小台阶形貌生长的薄层石墨烯样品，厘米尺寸石墨烯器件的载流子迁移率超过1300 cm2/V·s。基于这样的石墨烯，其场效应晶体管的截止频率超过100 GHz。我们发明的限制蒸发束流生长石墨烯的方法同样适用于在其它晶型和晶面的碳化硅衬底上制备高质量石墨烯。　　第三，基于碳化硅粉末在高温高真空下制备出了均匀的石墨烯包覆碳化硅颗粒，包覆石墨烯的厚度和质量可控性好。在提高碳化硅热解温度的条件下，可以使碳化硅粉末完全分解制备出高质量石墨烯粉末。另外，基于热解碳化硅粉末的原理，利用碳化硼粉末制备出了硼掺杂的石墨烯粉末生长。利用硼掺杂的碳化硅晶片制备了硼掺杂的站立石墨烯片。　　第四，对不同尺寸的碳化硅颗粒生长的不同石墨烯厚度的碳化硅/生长石墨烯颗粒异质结复合材料的光催化降解有机物和裂解水产氢的性能进行了系统研究。粒径较小的粉末表现出了较高的光催化效率。因为石墨烯转移载流子的助催化作用，生长石墨烯的碳化硅粉末光催化效率显著提高。4～9层的石墨烯厚度具有最佳的助催化效果，对于光降解罗丹明B，催化效率提高为原始碳化硅颗粒的7.3倍;对于产氢，效率提升超过30倍，甚至数倍于与铂复合的碳化硅颗粒。这是首次从实验上给出石墨烯助催化剂的效果显著超过贵金属助催化剂的效果。石墨烯助催化剂的突出效果主要归功于近乎完美的石墨烯与催化剂的异质界面和较高的石墨烯质量。