隨著材料領域的擴張，人們對于材料的功能性需求更為嚴苛，迫切需要在交通運輸、建筑材料、能量存儲與轉化等領域應用性質更加優良的材料出現，石墨烯以優異的聲、光、熱、電、力等性質成為各新型材料領域追求的目標，作為前驅體的GO以其靈活的物理化學性質、可規模化制備的特點更成為應用基礎研究的熱電。雖然GO具有諸多特性，但是由于范德華作用以及π-π作用等強相互作用力，使GO之間很容易在不同體系中發生團聚，其在納米尺度上表現的優異性能隨著GO片層的聚集的降低直至消失，極大地阻礙了GO的進一步應用。氧化石墨烯（GO）的厚度只有幾納米，具有兩親性。開發氧化石墨濾餅
使得*在單層中排列的水蒸氣可以滲透通過納米通道。通過在GO納米片之間夾入適當尺寸的間隔物來調節GO間距，可以制造廣譜的GO膜，每個膜能夠精確地分離特定尺寸范圍內的目標離子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片層間隙的距離增大到1.3 nm，真正有效、可自由通過的孔道尺寸為0.9 nm，計算出水合半徑小于0.45 nm的物質可以通過氧化石墨烯膜片，而水合半徑大于0.45 nm的物質被截留，如圖8.4所示。例如，脫鹽要求GO的層間距小于0.7 nm，以從水中篩分水合Na +（水合半徑為0.36nm）。 通過部分還原GO以減小水合官能團的尺寸或通過將堆疊的GO納米片與小尺寸分子共價鍵合以克服水合力，可以獲得這種小間距。與此相反，如果要擴大GO的層間距至1~2 nm，可在GO納米片之間插入剛性較大的化學基團或聚合物鏈（例如聚電解質），從而使GO膜成為水凈化、廢水回收、制藥和燃料分離等應用的理想選擇。 如果使用更大尺寸的納米顆粒或納米纖維作為插層物，可以制備出間距超過2nm的GO膜，以用于生物醫學應用（例如人工腎和透析），這些應用需要大面積預分離生物分子和小廢物分子。開發氧化石墨圖片氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結構，但是兩層間的間距(約0.7nm)大約是石墨中層間距的兩倍。
比較成熟的非線性材料有半導體可飽和吸收鏡和碳納米管可飽和吸收體。但是制作半導體可飽和吸收鏡需要相對復雜和昂貴的超凈制造系統，這類器件的典型恢復時間約為幾個納秒，且半導體可飽和吸收鏡的光損傷閥值很低，常用的半導體飽和吸收鏡吸收帶寬較窄。碳納米管是一種直接帶隙材料，帶隙大小由碳納米管直徑和屬性決定。不同直徑碳納米管的混合可實現寬的非線性吸收帶，覆蓋常用的1.0～1.6 um激光増益發射波段。但是由于碳納米管的管狀形態會產生很大的散射損耗，提高了鎖模閥值，限制了激光輸出功率和效率，所以，研究人員一直在尋找一種具有高光損傷閩值、超快恢復時間、寬帶寬和價格便宜等優點的飽和吸收材料。
GO膜在水處理中的分離機理尚存在諸多爭議。一種觀點認為通過尺寸篩分以及帶電的目標分離物與納米孔之間的靜電排斥機理實現分離，如圖8.3所示。氧化石墨烯膜的分離通道主要由兩部分構成：1）氧化石墨烯分離膜中不規則褶皺結構形成的半圓柱孔道；2）氧化石墨烯分離膜片層之間的空隙。除此之外，由氧化石墨烯結構缺陷引起的納米孔道對于水分子的傳輸提供了額外的通道19-22。Mi等23研究認為干態下通過真空過濾制備的氧化石墨烯片層間隙的距離約為0.3 nm。從微觀方面，GO的聚集、分散、尺寸和官能團也對水泥基復合材料的力學性能有影響。
TO具有光致親水特性，可保證高的水流速率，在沒有外部流體靜壓的情況下，與GO/TO情況相比，通過RGO/TO雜化膜的離子滲透率可降低至0.5%，而使用同位素標記技術測量的水滲透率可保持在原來的60%，如圖8.5（d-g）所示。RGO/TO雜化膜優異的脫鹽性能，表明TO對GO的光致還原作用有助于離子的有效排斥，而在紫外光照射下光誘導TO的親水轉化是保留優異的水滲透性的主要原因。這種復合薄膜制備方法簡單，在水凈化領域具有很好的潛在應用。。靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關。附近氧化石墨圖片
氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物。開發氧化石墨濾餅
氧化石墨烯（GO）表面有羥基、羧基、環氧基、羰基等親水性的活性基團，且片層間距較大，使得氧化石墨烯具有超大比表面積和的離子交換能力。GO的結構與水通蛋白相類似，而蛋白質本身具有優異的離子識別功能，由此可推斷氧化石墨烯在分離、過濾及仿生離子傳輸等領域可能具有潛在的應用價值1-3。GO經過超聲可以穩定地分散在水中，再通過傳統成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽濾等處理后，GO微片可呈現肉眼可見的層狀薄膜堆疊，在薄膜的層與層之間形成具有選擇性的二維納米通道。 除此之外，GO由于片層間存在較強的氫鍵，力學性能優異，易脫離基底而**存在。基于GO薄膜制備方法簡單、成本低、高通透性和高選擇性等優點，其在水凈化領域具有廣闊的應用空間。開發氧化石墨濾餅