氢是自然界最轻的元素,共有三个同位素:氢（1H）、氘（2H,D）和氚（3H,T）。氘在军事、能源、医疗和科研上都有着广泛用途,但氘的天然丰度却极其低（约0.015%）,而氚只有在核反应堆或加速器之中才会存在。核设施的含氘（氚）废水对人员和环境危害极大,需要进行妥善处理。这些都需要对氢同位素进行分离,才可能解决。目前氢同位素分离方法很多,但大多数的分离工厂仍采用上世纪开发的GS（Girdler-Sulfied）方法来分离提取氘,该方法中所使用的硫化氢气体,不仅对设备有腐蚀性,还具有很强的毒性,是操作人员的安全隐患之一。因此开发出一种新的方法来改进、甚至替代GS方法,是现阶段氢同位素分离领域的研究热点之一。本文采用纳孔石墨烯对重水进行分离研究。首先,以氧化石墨烯为原料,使用燃烧法合成了不同孔径的纳孔石墨烯,并通过红外光谱、X射线粉晶衍射（XRD）、拉曼光谱、N2物理吸附比表面积测试（BET）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等表征手段对合成的样品进行了测试,均证明成功合成了具有不同纳米孔径的石墨烯样品。之后,利用合成的三种不同孔径的纳孔石墨烯进行液相吸附、气相静态吸附实验,以确定纳孔石墨烯分离重水的可能性,实验研究发现纳孔石墨烯具有分离重水的能力,并随着孔径增大分离效果也变得更好。同时通过对实验装置的设计与改进,成功设计出在实验室条件下可以方便操作的动态气态实验装置。利用该装置探究了动态吸附平衡时间（约45min）、最佳吸附温度（85℃）和解吸温度（120℃）。通过对被吸附液中17O的含量进行同位素吸附机理研究,对吸附前后的纳孔石墨烯进行表征,对纳孔石墨烯分离重水的机理进行了探究。研究证明纳孔石墨烯分离重水不但与分子质量有关,也与纳孔石墨烯上的含氧官能团有着密切的联系。本文还开发了一步合成法获得氮/硫掺杂的纳米孔石墨烯（NS-NG）的方法。将氧化石墨烯溶液与硝酸锌混合均匀后,再将含氮或硫的染料加入其中,制备成膜后,于550℃下燃烧,一次性成功合成氮/硫掺杂的纳孔石墨烯NS-NG。将NS-NG用于超级电容器储电性能研究,通过电化学性能研究发现,在0.5 M Na2SO4水溶液中组装了两电极,并以2 A·g-1的电流密度进行电化学性能测试,NS-NG不仅显示出325 F·g-1的高比电容,并在1906 W·kg-1的高功率密度下,具有25 Wh·kg-1的高能量密度。同时,在经历10,000次循环后该两电极仍具有86%的出色容量保持率,表现出优异的电化学性能。