作为一种新型二维晶体结构的碳材料，石墨烯具有更大的比表面积以及优异的热、力、电学等特性。近年来，石墨烯以其在理论研究和实际应用等方面的巨大潜力，迅速成为材料科学和凝聚态物理领域最为活跃的研究前沿之一。然而，由于石墨烯本身结构决定了其物理化学性质相对单一，要想获得新的性质和功能，就必须对石墨烯本身结构加以改变获得石墨烯衍生物。因此，研究者们还不仅仅满足于对石墨烯本身的研究，还以石墨烯的二维片层结构为基础，设计和构造出许多由石墨烯衍生出的新型二维材料。这些石墨烯的衍生物通常具有与石墨烯不同的物理化学性质。因此，通过改变空间构型、调控电子结构及进行功能化处理等方法制备出具有全新性能的石墨烯衍生物，对于综合利用石墨烯的众多优异性质、实现多样化应用具有极其重要的意义。本论文基于当前石墨烯衍生物研究领域的问题和不足，选取几种尚未得到广泛研究的新型石墨烯衍生物作为研究对象。本论文的主要工作可以分为以下四个部分:　　一、氟化石墨烯的制备、表征及应用研究　　我们以HSO3Cl和Na2O2为剥离试剂，成功地对氟化石墨进行剥离，得到了氟化石墨烯。并通过各种表征手段对所得的氟化石墨烯进行了详细的表征。将所得氟化石墨烯用作锂一次电池的正极材料，其对应的锂一次电池放电比容量可达701 mAh/g，同氟化石墨相比增幅超过50％。我们还对HSO3Cl-Na2O2体系进行了改进，尝试了多种不同的剥离试剂来剥离氟化石墨制备氟化石墨烯。其中采用发烟H2SO4和Na2O2为剥离试剂时的制备方法能够制备出高质量氟化石墨烯，并且该方法最符合高效、低成本、大规模制备氟化石墨烯的原则。　　二、高氢含量石墨烷的制备及性质研究　　通过探索氟化石墨与碱金属的反应，我们认为氟化石墨极有可能成为制备石墨烷的原料。我们仔细研究了钠钾合金/乙二胺体系对氟化石墨的还原反应，发现该还原体系能在对氟化石墨进行彻底的脱氟还原的同时，实现对氟化石墨紧密堆积片层的剥离。通过调整优化反应条件和实验参数，最终得到外观为灰褐色固态粉末，氢含量为7.28 wt％，化学组成为(C1.04H)n的石墨烷产物，接近于理论上纯粹的石墨烷(C1H1)n。我们对石墨烷(C1.04H)n进行了非常详细的表征，测定了不同氢含量石墨烷的的光学带隙;并首次通过实验方法证实了石墨烷带隙宽度与其氢含量之间呈正相关关系，与之前理论预测的结果相一致。　　三、石墨烷的氯化和溴化研究　　我们首先参照制备高氢含量石墨烷(C1.04H)n的方法，通过放大反应来大规模制备石墨烷，得到了足够量的氢含量相对较高的石墨烷产物，并将它们用于石墨烷的氯化和溴化研究。随后我们进行了石墨烷的氯化研究，得到了氯含量最高可达14.56 wt％，化学组成为(CCl0.06H0.24)n的氯化石墨烯;对该氯化石墨烯产物，进行了初步的表征研究。最后我们进行了石墨烷的溴化研究，得到了溴含量最高可达20.73wt％，化学组成为(CBr0.04H0.14)n的溴化石墨烯;对该溴化石墨烯产物，也进行了初步的表征研究。　　四、氟化氢化石墨烯的制备及性质研究　　我们发展了一种在通常条件下安全和高效制备氟化氢化石墨烯的新方法。以低浓度的萘-Li/THF为还原剂，实现了对氟化石墨的可控的不完全脱氟反应。通过调节反应时间的长短，得到了具有不同氟含量和氢含量的氟化氢化石墨烯产物。随后我们对所得氟化氢化石墨烯进行了初步的表征，通过循环伏安法得出氟化氢化石墨烯的异相电子转移速率与其氟含量呈正相关关系的结论，与之前文献报道的结果相符合。