作为21世纪最有前途的材料之一,石墨烯具有非常稳定的结构、高的载流子迁移率、高导电和导热性、超强的机械性能、高的比表面积和很好的光学透过率等优异的物理化学性质,在电子、航天、光学、能源、环境、新材料等众多传统和新兴领域展现出广阔的应用前景。虽然石墨烯具有很多优异的物理化学性能,但是当大量单层石墨烯聚集在一起时,很容易因为片层间的强π-π堆叠力和强范德华力作用而发生不可逆团聚,所以石墨烯很难在溶剂中稳定分散,这极大地限制了其应用。此外,石墨烯的规模化制备还存在很多困难,探索大规模、低成本、高质量、尺寸均一可控地制备石墨烯的方法对于石墨烯的应用具有非常重要的意义。针对以上问题,本论文主要研究内容如下：1.红铝还原制备RGO和RGO/Al(OH)3复合材料。首次使用红铝作为氧化石墨(Graphite Oxide, GO)的还原剂和Al(OH)3的前驱体,通过选择不同的后处理方法,可以选择性地获得还原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide, RGO)和RGO/A1(OH)3的复合材料。使用XRD、FT-IR、 Raman、XPS、HRTEM、SAED对产物的结构和形貌进行了分析。研究发现红铝移除了GO表面大量的含氧官能团,RGO的C/O为9.0,电导率为99 S/cm,较GO提高了5个数量级。研究结果还表明：A1(OH)3以平均直径为200 nm的圆薄片形式均匀地吸附于RGO片表面或填充于RGO片层之间而形成均一的RGO/Al(OH)3复合材料。最后讨论了可能的脱氧和Al(OH)3形成的机理。该方法不仅提供了一种新的还原氧化石墨烯的还原剂,同时也提供了一条制备RGO/Al(OH)3复合材料的新路径。2.超重力法红铝还原制备石墨烯。将快速和高效的红铝还原反应和超重力旋转床(Rotating packed bed, RPB)相结合开发出一条简单且有效的可规模化制备RGO的方法。在该工作中,使用超重力旋转床作为反应装置,红铝作为还原剂,采用盐酸洗涤的后处理工艺来规模化制备RGO。将超重力旋转床制备得到的石墨烯(RPB-RGO)与机械搅拌装置(Stirred Tank Reactor, STR)得到的产品(STR-RGO)进行了对比,并使用XRD、 FT-IR、TGA、Raman、SEM和CV (Cyclic Voltammetry, CV)对得到的产物的结构、形貌和电学性能进行了表征。研究发现RPB中的还原反应较STR装置中的更彻底。CV研究结果表明当扫描速率从10 mV/s到100mV/s变化时,RPB-RGO制备的电极的比电容从1 8.3 F/g增加到43 F/g,而STR-RGO的比电容从12.7 F/g增加到28.5 F/g。该方法提供了一条有效且可规模制备RGO的方法。3.边缘氧化石墨烯及其水相分散液的制备与应用研究。本研究通过降低KMnO4的用量和减少氧化时间制备得到边缘被含氧基团功能化而碳基底平面sp2杂化结构未被破坏的边缘氧化石墨(Edge-oxidized graphite, EOG)。使用胆酸钠(sodium cholate, SC)作为稳定剂,对EOG进行超声制备得到浓度为0.59 mg/ml的边缘氧化石墨烯(edge-oxidized graphene nanosheets, EOGNs)的水相分散液,该分散液在室温下放置六个月而不发生沉降。将该稳定的EOGNs水相分散液用于制备透明导电薄膜,其透过率为87.6%(550 nm)时的电导率为26.4 kΩ/□。此外,研究发现EOG较GO可分散的溶剂更多,扩大了其应用范围。该方法使得规模制备低缺陷石墨烯分散液成为可能。4.石墨烯及其有机相分散液的制备与应用研究。将浓HN03预处理的石墨(NG)作为起始原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为稳定剂,草酸和NaCl作为插层剂,采用水热插层剥离NG的PVP+草酸+NaCl的水溶液,洗涤之后在待测有机试剂中超声、离心得到稳定的有机相石墨烯分散液。优化了水热剥离工艺,发现水热温度为240℃,水热时间为12 h时,剥离效果最优。采用真空抽滤法,将乙醇相石墨烯分散液用于制备石墨烯透明导电薄膜,其透过率为81.2%(550 nm)时的电导率为28.0 kΩ%。最后讨论了可能的水热剥离NG的机理。该方法为石墨烯应用于石墨烯基复合材料提供了很好的前驱体材料。