石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料,由于具有独特的物理化学性质,在能量存储与转换、传感器、半导体材料、生物医学等领域有广阔的应用前景。目前石墨烯的制备方法主要包括自上而下和自下而上两类,其中化学氧化还原法制备石墨烯是最有希望实现工业化大量生产的方法。本论文研究了氧化石墨烯的还原过程,发展了一种全新的氧化石墨烯还原手段,并探讨了氧化石墨烯和还原氧化石墨烯自组装气凝胶力学性能与化学结构的关系。本文的结论为还原氧化石墨烯的制备、组装及力学性能开发提供了新的思路。本文发展了一种非还原性金属离子促进氧化石墨烯还原的方法。选择硫酸铜作为非还原性金属硫酸盐与氧化石墨烯溶液以一定比例混合,90 ℃下反应24 h,可以得到还原氧化石墨烯水凝胶。我们通过红外光谱、X射线衍射能谱、光电子能谱等手段证实了氧化石墨烯的还原。进一步实验表明其它非还原性金属离子,如镁离子、锌离子等,对氧化石墨烯的还原都有不同程度的促进作用。基于实验结果,我们提出非还原性金属离子促进氧化石墨烯还原的机理,我们认为金属离子与氧化石墨烯上的氧原子进行配位,降低了氧化石墨烯自身岐化脱氧反应的活化能,从而加速还原过程。这是首次在石墨烯领域提出非还原性的金属离子具有加速氧化石墨烯还原反应的效果。该工作一定程度上证实氧化石墨烯具有自发的氧化还原反应,同时对于研究氧化石墨烯还原机理具有极其重要的意义。本文还系统研究了氧化石墨烯和还原氧化石墨烯气凝胶的弹性与化学结构、环境因素之间的关系。我们详细研究了不同密度的氧化石墨烯和石墨烯气凝胶在有机溶剂和不同湿度空气中的压缩弹性性能,发现气凝胶在有机溶剂中或者低湿度环境下压缩具有优异的弹性回复能力。据此我们提出,压缩弹性是氧化石墨烯和还原氧化石墨烯气凝胶的本征特性,但是实验中样品所表现出的压缩形变回复能力与样品的密度、还原程度、环境湿度三个因素密切相关。实验结果表明气凝胶密度是与其结构强度相关联,氧化石墨烯的还原程度和环境湿度共同决定了凝胶的表观压缩弹性。我们发现氧化石墨烯表面吸附的水分子是通过产生粘附力和削弱回复力两个方面来阻碍弹性表达的机理。因此,氧化石墨烯还原程度低,吸附水能力较强,进而受环境湿度的影响大,弹性回复能力弱。本工作较好的解释了氧化石墨烯和石墨烯气凝胶弹性性能较差的原因,对发展新的弹性纯石墨烯气凝胶方法有指导性意义,同时也对设计特定力学性能的石墨烯或其他二维材料的三维结构具有重要意义。