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除模板诱导的合成方案外，无模板方案也被认为是合成粉体石墨烯结构的可选途径，可以避免烦琐且耗时的模板去除过程。例如，采用等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD）工艺，可以在平面金属和电介质基底上合成三维垂直石墨烯纳米墙。2013年，Jiang等通过使用具有高重现性的微波等离子体化学气相沉积系统，在1.2英寸石英管炉的入口处设置感应耦合等离子体，在铜箔上开发晶圆尺寸和均匀垂直生长的石墨烯（Vertically Standing Graphene, VSG）膜。典型的实验过程总结如下：放置带铜箔的样品（石英）载体后，将反应室（石英管）抽空，然后用H 2 回流一段时间以彻底清洁石英管；在管内压力达到预期值，并在CH 4 /H 2 达到一定比例稳定后，开始微波并维持一段时间，然后关闭微波和气体源，同时继续运行真空泵约20min，以确保样品在真空条件下自然冷却至室温。
图1-55（a）（b）显示在6.0 Torr
下用CH
4
（10sccm）和H
2
（50sccm）的混合气生长2min后VSG膜的典型表面形貌。与平面石墨烯相比，可以发现大量的碳边缘。VSG在Cu衬底上的断面的扫描电子显微镜图像[图1-55（c）]表明生长的石墨烯片几乎垂直于衬底。每片垂直片层高度约1.4μm。图1-55（d）（e）是VSG的透射电子显微镜图像，表明石墨烯片具有平滑和较薄的边缘。选区电子衍射图[图1-55（d）的插图]显示出六角衍射图案，进一步证实了石墨烯的高晶体质量。如图1-55（f）（g）所示，HRTEM图像显示边缘分别是单层石墨烯和四层石墨烯。两个相邻单层片之间的层间距大约为0.364nm，大于石墨的层间距，很可能由它们之间的相互作用降低引起。
图1-55 铜箔上生长VSG的SEM图
这项工作还阐明了Cu基底上VSG膜的生长机理。可以看出，制备好的VSG薄膜是具有原子级薄边缘的大尺寸石墨烯薄片，可以显著促进场致发射显示器的发射电流。此外，Cu基板为场发射体提供了便利且经济的集电极。虽然在实验室条件下使用这些方法很容易合成石墨烯，但尚未实现对所得石墨烯结构的精确控制。