向石墨中加入强酸（如浓硫酸、浓硝酸等）和强氧化剂（如高锰酸钾、氯酸钾等），使之发生氧化-插层反应，便可以得到氧化石墨（Graphite Oxide）。在此，氧化反应的发生使得石墨片层上形成大量含氧官能团（如环氧基、羟基、羧基等），同时水分子插入石墨层间，使得层间距增大，石墨层间范德瓦耳斯相互作用力被削弱。利用加热或机械等方法可将氧化石墨片层分离，得到单层或少层的氧化石墨烯（Graphene Oxide）。将氧化石墨烯还原、消除其表面官能团，所得产物通常被称为还原氧化石墨烯（reduced GO，rGO）。

氧化石墨是一种非晶、非化学计量比的化合物，因此没有确切的结构式。其具体组成取决于制备条件。迄今为止，研究人员已经提出多种氧化石墨的结构模型。其中，Lerf和Klinowski根据氧化石墨的固体核磁共振谱提出的模型得到广泛认同[图2-1（a）] [1] 。该模型认为，在氧化石墨的单个片层内存在被氧化和未被氧化的两种区域。未被氧化的部分是由sp 2 碳构成的平面共轭结构，被氧化的部分是富含碳碳单键、羟基和醚基的非平面结构，两种区域随机交错排列。氧化石墨片层边缘终止基团以羟基或羧基为主。

氧化石墨烯与氧化石墨的化学组成是一致的。两者的区别正如石墨和石墨烯的区别：氧化石墨具有类似石墨的多层堆叠结构，而氧化石墨烯具有和石墨烯相似的单层或少层结构。由于氧化石墨层间作用较弱，因此在水溶液中机械搅拌或超声即可将氧化石墨剥离，得到氧化石墨烯。本章中，当无须强调氧化石墨和氧化石墨烯在层数上的区别时，将使用GO统一指代两者。

在rGO中，由于片层上的含氧基团被有效消除，其平面共轭结构得到恢复。然而，rGO中仍然保留大量的碳原子空位、5～7元环等拓扑缺陷以及少量未被还原的面内官能团和边缘羟基，因此与其他方法制备的石墨烯有较大区别[图2-1（b）]。一般而言，rGO可被视为富含缺陷的石墨烯材料。

由于石墨和石墨烯的导电性起源于其六方晶格的长程 π 电子共轭结构，而GO中的含氧官能团以及点缺陷等促使 p 电子局域化，破坏了整体的长程共轭结构。尽管GO中存在共轭区域，但是由于这些共轭区域被非共轭区域分隔，因此宏观来看GO不具备长程导电性，即GO通常是绝缘体。相关实验结果也表明，GO是绝缘的，其薄膜面电阻高达10 12 Ω·sq －1 。

rGO则具有较好的导电性，这是因为经过还原后，石墨烯晶格的长程共轭结构得到恢复。然而，由于rGO存在较多缺陷，因此并不具有本征石墨烯材料应有的许多电学性质。

不管对氧化石墨还是还原氧化石墨烯而言，其性质取决于氧化与还原的类型和程度、缺陷的种类和密度等。此外，基于实用化以及产业化的考量，效率、成本、环保等均是重要的考量因素。所以，GO和rGO的制备方法是重要的研究课题，已有许多重要的相关文献和专利报道。

GO和rGO特殊的结构和性质既使得它们的应用受到限制，也使得它们在某些领域有些特殊应用。如前所述，GO并不导电，因此无法直接用于电子学和电化学等相关器件中；而rGO虽然导电性得到了恢复，但由于其缺陷密度较大，因此并不具有石墨烯理论上应有的一系列独特的电输运性质，因而限制了其在电子学中的应用。即使作为导电薄膜材料，rGO的电导率也远不如化学气相沉积法直接制备的石墨烯薄膜。

但另一方面，含氧官能团的存在也为GO和rGO在许多其他方面的应用带来了优势。首先，由于含氧基团是亲水的，因此GO在许多溶剂（特别是水）中具有良好的分散性，这对进一步的加工和应用极为有利。例如，将氧化石墨烯的水分散液涂覆至多种基底上，还原后得到导电薄膜材料。其次，氧化石墨烯和rGO的含氧官能团可作为化学修饰或官能化的位点，能够与其他电活性物质通过共价或非共价键连接、形成复合材料，可用于电化学储能、催化化学、传感等多个领域。此外，氧化还原法具有成本优势，是最有前景的产业化方案之一。 xo5dtK38/Y3IhLIj9r2ZnvSG/qDl5QkR8/MhaIbJrRth/aqSzH73HW17IMN1lj5h