氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的衍生物,将氧化石墨烯还原是大规模合成石墨烯最有希望的方法；同时氧化石墨烯本身有很多用途,如与其它材料复合以提高材料的性能。但是结构决定性质,若要实现氧化石墨烯的广泛应用,制备大层片结构完整的氧化石墨烯是很有必要的。氧化石墨烯的结构与氧化工艺因素有很大的关系,因此探索氧化石墨烯在制备过程中的氧化剥离机理,制备氧化程度适中的氧化石墨,使其能够完全剥离为单片层氧化石墨烯基础上尽可能少地破坏层片的碳骨架结构,这对于实现氧化石墨烯的应用价值是很重要的。氧化石墨烯目前最广泛的应用是与高分子材料复合,从而提高复合材料的性能。许多高分子化合物是在有机溶剂中制得的,但除了几种有机溶剂外,氧化石墨烯在大多数有机溶剂中的分散性并不好甚至不溶,为了将石墨烯均匀分散在高分子化合物中,提高其在有机溶剂中的分散性非常重要。所以将有机物接枝在石墨烯上,有望提高其在有机溶剂中的分散性。本文首先对Hummers法进行了改进,制备了氧化石墨烯,并将其与Hummers制备的氧化石墨烯进行了比较。通过对各种方法制备的氧化石墨烯化学结构和官能团数量的变化,探索了氧化石墨烯制备过程中的氧化机理,在此基础上对Lerf提出的化学结构模型进行了修正。结果发现,改进方法不仅可以缩短氧化时间、降低氧化温度,而且制得的氧化石墨烯热稳定性更高,在900℃时的碳残余量在60%以上,结构也更加完整。并对氧化石墨烯制备过程中层间距的变化进行了测试和分子动力学模拟,经分析发现,当氧化进行到一定程度时,氧化石墨的层间距不再变化。还对不同工艺制备的氧化石墨进行超声剥离,通过对层片厚度和尺寸的分析研究剥离机理,并探索超声的时间和功率对氧化石墨烯的层片大小和尺寸分布的影响。结果表明,改进方法制备的氧化石墨具有较高的剥离率,并能够完全剥离为单片层的氧化石墨烯,而且层片尺寸较大,超声会使层片尺寸减小,尺寸分布先变窄之后变宽。采用丙烯腈共聚单体衣康酸对氧化石墨烯进行改性。结果表明,改性后的样品在DMSO中的分散浓度达到了4.368mg/mL,比改性前提高了6倍。从红外光谱可看出,出现了一个新的甲基峰,亚甲基峰的强度增强,C=O的峰大大减弱,滴定结果也说明改性后羧基含量减少了很多。由结果分析推断出衣康酸与氧化石墨烯的反应机理：衣康酸中的碳碳双键与氧化石墨烯中的酚羟基在硫酸的催化作用下发生加成反应,同时氧化石墨烯中的官能团在分子内发生了脱羧反应。但是由于空间位阻效应,只有极少量的衣康酸与氧化石墨烯发生了反应。