氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

追根溯源，氧化石墨烯的发现算是比石墨还早。氧化石墨烯的第一次制备可追溯到1859年,英国化学家布诺德过将KClO3加入到石墨粉和硝酸的混合物中得到了含有C,H,O三种元素的化合物，并发现这种化合物可分散在纯水或者碱性介质中，但不能分散在酸性介质中，所当时给其起名为＂石墨酸＂。40年后，该方法得到改进，在体系中加入了浓硫酸和硝酸的混合酸作氧化剂，大大地加快了反应速率，使得产品的氧化程度大大提高，且整个合成过程可在同一个单独的反应器中进行。1958年，哈默和奥夫曼开发了一种新的氧化方法，即采用浓硫酸和高锰酸钾的混合物作为氧化剂，进一步缩短了反应时间，加快了反应速率，并得到相似的产品。

目前关于以石墨为原料制备氧化石墨烯的机理和氧化石墨巧本身的结构仍然存在争议，当前被普通接受的结构模型是非化学计量比模型。

由于氧化石墨烯的表面含氧基团使得层间的相互作用大大降低，可以通过加热或者机械手段使其剥离分开。超声处理是一种常用的在水相或者极性有机溶剂中剥离制备氧化石墨烯的方法，这种方法快速、高效，可以得到基本上完全分离的单层氧化石墨烯。氧化石墨烯在不同溶剂中的分散性对其进一步加工或者功能化非常重要，这主要依赖于溶剂的种类和制备氧化石墨烯的氧化过程中引入的官能团的量。当前研究发现氧化石墨烯表面的极性越大，其分散性越好，在水中的分散度大约在1-4mg/ml。除水之外，氧化石墨烯烃可以分散在某些有机溶剂中。

与机械剥离的石墨烯相化，氧化石墨烯的物理化学性质都有明显的改变，使得其电学、力学和光学性能大大降低；同时含氧官能团的引入可以使石墨巧的性质由零带隙半金属性质转变为半导体性质甚至绝缘体性质。此外，氧化石墨烯强烈的亲水性及丰富的含氧官能团，将给其带来许多迷人的应用前景。与具有金属态导电性的石墨烯不同，随着氧化程度的不同Ｉ氧化石墨烯可以从半导体变成绝缘体。由于杂原子的存在，氧化石墨烯存在带隙，与石墨烯的零带隙不同，所以利用氧化石墨烯可以观察到近红外、可见光和紫外区的荧光现象氧化石墨烯的光电性质可通过其表面的含氧基团进行调控，具有不同光电性质的氧化石墨烯可以用作生物传感器和药物投递。由于其易加工性，氧化石墨烯可以用于蓝色发光二极管、固体照明的白光发射和柔性显示器等。此外，氧化石墨烯可以在水溶液中自组装形成手性的液晶，且在其冻干成膜后仍然保持这种液晶排列，这使得氧化石墨烯材料可用于显示器、防伪材料等领域。

氧化石墨烯有三种不同的修饰方式一种是非共价键修饰，非共价修饰主要是通过氧化石墨烯和功能化分子之间的静电作用、堆积作用、氨键以及范德华力等弱的相互作用来修饰氧化石墨烯，如物理吸附和聚合物包裹。一种是共价键修饰，共价修饰主要是利用氧化石墨烯的表面含氧团与修饰物之间以共价键的形式相互连接。氧化石墨烯表面的环氧基、羟基、羰基及羧基等含氧基团，使其具有与有机物、无机物及纳米粒子发生反应的化学活性部位。还有一种是纳米粒子修饰，将金属或金属氧化物纳米粒子负载在石墨烯表面构建石墨烯基纳米功能复合。

氧化石墨烯的应用十分广泛，不同维度的石墨烯有着不同的作用。

零维材料（石墨烯和氧化石墨烯的量子点及纳米胶囊结构） 

利用微观的氧化石墨烯薄片或者石墨烯薄片构建成宏观的石墨烯纤维是开辟石墨烯材科应用的重要研究方向，同时具有极大的挑战，主要是由于没有有效的组装方法，且石墨烯和氧化石墨烯的尺寸和形貌不规则，容易层层堆叠而团聚。浙江大学髙超教巧课题組首次报道了利用氧化石墨烯溶胶的手性液晶特性，采用湿法巧丝的方法制客出了氧化石墨烯纤维，再经过化学还原可以获得髙强度、高导电性的石墨烯纤维，该纤维可以纺织出导电的织物；随后该课题组通过改进，利用超大氧化石墨烯薄片制备了超强石墨烯纤维，并开展了一系列关于石墨巧纤维的研究工作。目前各种不同功能的石墨烯聚合物纤维、掺杂纤维等先后被合成，展现了石墨烯纤维的美好应用前景。

一维材料（石墨烯纤维）

利用微观的氧化石墨烯薄片或者石墨烯薄片构建成宏观的石墨烯纤维是开辟石墨烯材科应用的重要研究方向，同时具有极大的挑战，主要是由于没有有效的组装方法，且石墨烯和氧化石墨烯的尺寸和形貌不规则，容易层层堆叠而团聚。浙江大学髙超教巧课题組首次报道了利用氧化石墨烯溶胶的手性液晶特性，采用湿法巧丝的方法制客出了氧化石墨稀纤维，再经过化学还原可以获得髙强度、高导电性的石墨烯纤维，该纤维可以纺织出导电的织物；随后该课题组通过改进，利用超大氧化石墨烯薄片制备了超强石墨烯纤维，并开展了一系列关于石墨巧纤维的研究工作。目前各种不同功能的石墨稀聚合物纤维、掺杂纤维等先后被合成，展现了石墨烯纤维的美好应用前景。

二维材料（石墨烯薄膜、石墨烯纸等）

微观的氧化石墨烯薄片组装成宏观的二维石墨烯薄膜或者纸是石墨烯材料领域当中研究最早最广泛的。2007年，若弗课题组以剥离的氧化石墨烯溶液为原料采用抽滤法制备了柔性的高机械强度的氧化石墨烯纸。2009年，中科院沈阳金属所成会明教授等人报道了利用二维水平面作为自组装平台．通过蒸发氧化石墨烯水溶液，在水／汽界面上可以较快速地制备出自支撑的氧化石墨烯薄膜。2012年，安德烈．海姆教授课题组发现亚微米厚度的氧化石墨烯薄膜具有有趣的渗透性质，即水分子可以快速地通过氧化石墨烯薄腹的纳米孔，而其他的液化、蒸汽和气体分子都被截留。201年，高超教授课题通过一个特殊设计的湿纺设备可以在20分钟内制备20米长的粘附在PET上的氧化石墨烯凝胶薄膜，经过水洗后干燥，再与PET—起浸入水中使氧化石墨烯薄膜从PET上面分离下来，随后把分离下来的氧化石墨烯薄膜经过干燥处理便可获得自支撑的薄膜，这种湿纺工艺有望加快氧化石墨烯薄膜的规模化生产。

三维材料（石墨烯水凝胶及气凝胶、泡沫材料等）

三维石墨烯材料内部具有立体交联的微孔、介孔和大孔网络结构的自支撑孔隙结构，大大増加了石墨烯的有效比表面积，同时具有较小的密度和快速的电子／离子传输路径，在超级电容器、锂离子电池电极、泡沫吸附材料等领域有重要的应用，是近年来石墨烯领域的研究热点之一。清华大学石高全教授课题组在水热条件下使氧化石墨烯脱氧逐渐变得疏水，再通过分子间的范德华力作用和边缘与边缘堆积作用，获得了具有高机械强度的水凝胶，将此水凝胶组装成超级电容器。高超教授课题组研制出了一种超轻＂全碳气凝胶＂的固态材料，其密度十分小，只有空气密度的六分之一，也是迄今为止世界上最巧的材料。其制备方法是将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水衡液在低温环境下冻干，去除水分、保留骨架。其形状可任意调节，弹性也很好，被压缩80%后仍可恢复原状，对有机溶剤有超快、超髙的吸附力；同时，该气凝胶还可能成为理想的储能保温材料、催化刑载体及高效复合材料，有广阔应用前景。