石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的一種新型碳材料，具有優異的力學、熱學和電學性能，被冠以“黑金”、“新材料之王”的美譽。科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀。

傳統石墨烯局限性以及氧化石墨烯的優點

雖然石墨烯在潔水去污、凈化環境等方面，蘊含著巨大的潛力。但石墨烯表面呈現穩定惰性，難溶解于溶劑中，更難與其他有機或無機材料均勻地復合。發展親水性和生物相容性的復合材料，是新型石墨烯材料的研究方向。

氧化石墨烯（GO）是一種由天然石墨制備、與碳納米管結構相似的碳納米材料，是單原子層厚度的二維結構納米材料，其比表面積理論上可達2900m2/g，是所有碳納米材料中比表面積最大的材料。

相比在水中和極性溶劑中難分散的石墨烯，氧化石墨烯因為表面含有許多含氧基團，具有良好的親水性，可通過功能基團的作用與其他聚合物穩固地結合形成復合物。因此，氧化石墨烯能很穩定地分散在水溶液中，易于制備，便于大規模生產。

對重金屬和有機物的吸附處理

氧化石墨烯表面的環氧基、羧基、羥基等含氧基團還能與金屬離子，尤其是多價的金屬離子發生絡合反應，同時氧化石墨烯也可以和有機污染物相互作用。

因此氧化石墨烯可用于去除水中的金屬和有機污染物。有關研究表明，氧化石墨烯對水體中鉛的吸附量是活性炭的10倍，其對汞的去除能力比其他吸附劑高5倍。

通過特殊技術對氧化石墨烯表面進行功能化后，功能氧化石墨烯對金屬離子的吸附特性還可得到進一步的優化和增強，對低濃度的重金屬離子去除能力可達到ppb級。

除了對重金屬外，氧化石墨烯同樣對水體內有機物具備強大的去除能力。有研究學者探討了氧化石墨烯對于亞甲基藍(MB)的吸附；

結果表明氧化石墨烯對于MB具有較強的吸附能力，吸附容量達到714mg/g，遠高于碳納米管(CNT)和石墨烯，所需的平衡時間也比CNT更短。因此氧化石墨烯是一種優秀的水體處理材料。

可復合協同光催化材料處理污水

不僅如此，氧化石墨烯還可以與光催化材料復合，達到協同處理水體污染物的效果。

TiO2等光催化材料產生的電子-空穴對極易復合，氧化石墨烯具有較高的電子傳輸性能，可以降低光生載流子的復合，提高TiO2光催化效率。

有不同學者采用多種方法制備了TiO2/GO復合物，嘗試處理亞甲基藍、甲基橙、Cr(Ⅵ)、重金屬污染物。

發現相比單獨的TiO2，其對污染物的吸附能力和光催化能力均有所提高。這些學者認為，氧化石墨烯的加入使得Ti—O—C鍵形成，降低了TiO2的能帶間隙，也增強了對有機染料的光降解效果。

另外氧化石墨烯二維薄片層有巨大的比表面積，加之較強的吸附能力和較高的電子傳遞效率，也提升光解效果。

由此可知，氧化石墨烯有望在許多領域取代現有的污水處理材料，成為21世紀最優秀的環境材料之一，在工業廢水的治理、地表（飲用）水凈化、生活污水處理等方面得到廣泛應用。