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经过十几年的发展，石墨烯已经应用于储能、催化、微电子、生物医学及环境等领域，并表现出极大的发展潜力。应注意的是，为了满足不同领域应用的需求，需对石墨烯进行功能化。对石墨烯进行功能化可赋予石墨烯新性质，从而得到具有电学、光学及力学等特定功能的石墨烯，进一步拓展其应用领域，使其具有更广泛的应用价值。事实上，绝大部分应用于各领域的石墨烯都是功能化石墨烯材料，直接利用纯粹石墨烯的应用并不多。这主要是从以下三个方面考虑。
首先，对石墨烯进行功能化是改善其加工性的需要。结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的sp 2 碳六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高。其表面呈惰性状态，与其他介质（如溶剂等）的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德瓦耳斯力，容易聚集，使其难溶于水及常用的有机溶剂。这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大困难。为了充分发挥石墨烯的优良性质，并改善其成型加工性（如提高溶解性、在基体中分散性等），必须对其进行有效的功能化。
其次，对石墨烯进行功能化可赋予石墨烯新属性。在不破坏石墨烯固有属性的基础上，功能化可使石墨烯展现出一些新奇的性质，既加深人们对石墨烯材料的认识、扩大石墨烯应用范围，又可为一些应用提供新材料体系。如图1-2所示，将两个石墨烯片层堆叠可形成二维超晶格结构，并展现出奇异的性质——上下两层堆叠的石墨烯扭曲一定角度（约1.1°，“魔角”）后，在半充满状态下，为绝缘体，但是当静电掺杂后在1.7K的温度下此双层石墨烯呈超导态；再比如，将石墨烯制成纳米尺寸的材料后，由于量子限域作用可得到石墨烯量子点。
图1-2 魔角石墨烯超晶格示意图
最后，对石墨烯进行功能化是为了满足特定领域的需求。不同领域的应用对石墨烯有不同的要求。这时需对石墨烯进行功能化，赋予其满足应用需求的性质。例如，当石墨烯用作半导体材料时，由于其本征带隙为零，则需采用掺杂或调节石墨烯尺寸等功能化手段打开带隙；当石墨烯作为催化剂时，需采用掺杂或刻蚀等手段向石墨烯中引入催化位点；当石墨烯作为超级电容器电极材料时，需将石墨烯掺杂以提高石墨烯对电解液的亲和力或引入赝电容活性位点；当石墨烯用于水系或有机溶剂体系时，需向石墨烯上连接水溶性或脂溶性链，以使其在对应溶剂中具有很好的溶解性；当石墨烯用作吸附材料时，需将其制成多孔的三维结构，以提高其吸附容量。
然而，目前业内并没有对石墨烯功能化后的材料进行系统的分类，也没有给出明确的定义。这给石墨烯研究和应用带来很大困扰和不便。因此，为了方便石墨烯材料的研究和应用，促进其进一步发展，作者结合自身在石墨烯领域的研究，在系统归纳整理近年来功能化石墨烯材料领域的研究成果基础上，对功能化石墨烯材料进行了系统分类，明确其概念，并探讨它们在多个重要领域的应用。
一般情况下，主要通过修饰或调控其化学组成、结构、尺寸或形貌等方式对石墨烯进行功能化，从而得到功能化石墨烯。例如，通过掺杂的方式可向石墨烯中引入N、S、P或B等杂原子，改变石墨烯的元素组成；通过物理或化学的方法刻蚀石墨烯，可改变石墨烯的碳骨架结构，如引入规则纳米孔或不规则的缺陷等，进而调控改变石墨烯的电子结构，可打开其带隙或使其具有催化活性等。通过共价连接的方法将功能化基团链接到石墨烯上，也可改变石墨烯的结构；通过可控合成或刻蚀等手段可制成不同尺寸和形状的石墨烯；将石墨烯卷成一维线状，堆叠成双层或三层结构，制成三维多孔结构，可实现对石墨烯形貌的调控。
为满足特定的需求，石墨烯或功能化石墨烯作为组分之一还与其他材料复合，制得功能化石墨烯复合材料。与材料复合，可改变（功能化）石墨烯的物理化学性质，甚至赋予其新性质，以满足更广泛的应用需求。在复合材料中，石墨烯或功能化石墨烯作为基底或者功能组分发挥特定的作用。
作为基底材料时，石墨烯或者功能化石墨烯常用于支撑复合材料中的活性物质。例如单原子催化剂中，杂原子掺杂或带有缺陷的功能化石墨烯作为单原子活性中心的支撑材料，用于锚定活性单原子，使其高度分散，抑制其聚集。再比如石墨烯传感器中，功能化石墨烯除作为导电层外，还作为基底负载传感器的识别位点。
相较于基底材料，石墨烯或者功能化石墨烯更常用作功能化石墨烯复合材料的功能组分。例如单层或者少层石墨烯作为活性层与高分子柔性基底一起组成柔性石墨烯透明导电薄膜；银纳米线透明导电薄膜中，氧化石墨烯作为黏结剂将银纳米线牢固地“焊接”到一起，形成银纳米线网络，以增强其导电性；光催化剂中，石墨烯纳米片提供高效电子传输通道，增强催化过程中电子传递效率；在有机太阳能电池中，氧化石墨烯修饰空穴传输层，以降低其界面电阻；在锂离子电池中，高度分散的石墨烯片作为导电剂与硅碳活性材料一起构成电池的负极；此外，石墨烯片作为活性材料与高分子基底复合以支撑吸波材料。
石墨烯及功能化石墨烯与其他一种或多种材料复合，可制成种类繁多、功能丰富的功能化石墨烯复合材料，这也是石墨烯最主要的应用形式。功能化石墨烯和功能化石墨烯复合材料可称为广义的“功能化石墨烯材料”。事实上，绝大多数应用于各领域的石墨烯都可称为功能化石墨烯材料。