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石墨烯作为一类新型二维碳材料由于其独特的性质在近年来引起了各个学科的研究热情。石墨烯边缘等缺陷对其电子结构及化学性质有至关重要的影响。本论文通过改变还原条件和控制石墨烯尺寸得到不同缺陷密度的石墨烯纳米片,同时结合纳米电极技术,研究无机和有机氧化还原体系在单个石墨烯片电极与电解质界面的快速电荷转移和传输动力学,主要内容和结果如下：1.石墨烯纳米电极的制备及其界面双电层效应研究将还原后的氧化石墨烯材料(RGO)分散在有机溶剂(DMF)中,然后通过高速离心和超微滤膜过滤进行尺寸分离,得到含有不同尺寸的石墨烯纳米片稀溶液；将修饰了硫醇自组装膜的超微金电极在石墨烯纳米片稀溶液中进行快速吸附,通过疏水相互作用将单个石墨烯纳米片固定在硫醇自组装膜上制备出石墨烯纳米电极。其不仅可以用于研究单片石墨烯的电化学,同时作为纳米电极可以研究快速电荷转移动力学和纳米电化学界面的特殊行为。以Ru(NH3)63+和Fe(CN)63-为探针,使用不同尺寸的石墨烯纳米电极,通过比较有无支持电解质存在下的稳态极化曲线,证实传统伏安理论中普遍使用的电中性假设在纳米电极界面失效。2.高缺陷密度N-RGO电极上无机氧化还原电对的电荷转移反应动力学通过水合肼化学还原与高温热还原结合得到氮掺杂的还原氧化石墨烯(N-RGO),并利用其按上述方法制备了不同尺寸的石墨烯纳米电极,研究了Ru(NH3)63+和Fe(CN)63-的电荷转移动力学,发现纳米尺寸的N-RGO片上的电子传递速率常数与金属电极上的数值接近,并明显比大尺寸石墨烯片上的高。拉曼结果显示所得到的N-RGO的缺陷密度较高,且纳米尺寸N-RGO的缺陷比例明显比大尺寸石墨烯片高,证明石墨烯上的电荷转移动力学与其缺陷密度有关,其原因可能是缺陷增加了Fermi能级附近的电子态密度。3.低缺陷密度I-RGO电极上无机氧化还原电对的电荷转移反应动力学通过碘化物化学还原与高温热还原结合得到碘掺杂的还原氧化石墨烯(I-RGO)。拉曼表征结果显示其缺陷密度相对较低,且基本不随石墨烯片尺寸改变。原因可能是一方面碘化物能有效还原GO上的各种含氧官能团,同时I可以在边缘等缺陷处吸附,从而降低缺陷密度。相应地,I-RGO上的Ru(NH3)63+和Fe(CN)63-的电荷转移动力学比在N-RGO上低,且基本不随石墨烯片尺寸改变,从而进一步证明石墨烯上的电荷转移动力学与其缺陷密度有关。4. N-RGO电极上醌类氧化还原电对的电荷转移动力学鉴于醌类氧化还原电对在电极上发生的还原反应具有一定的非绝热特性,其电荷转移速率常数可能受电极材料Fermi能级的电子态密度影响更显著,我们比较了三种醌类物质在金电极和N-RGO电极上的电荷转移动力学。结果显示纳米尺寸的石墨烯纳米电极的电荷转移速率常数与金电极上的数值相近,而显著高于尺寸较大的石墨烯电极上的数值。并且,速率常数随N-RGO尺寸的变化程度明显高于无机氧化还原电对。