石墨烯具有廣闊的應(yīng)用空間和巨大的經(jīng)濟效益。據(jù)預(yù)計，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件，在納米電子器件、光電化學(xué)電池、超輕型飛機材料等研究領(lǐng)域得到應(yīng)用。正是在這一背景下，目前國內(nèi)外對石墨烯技術(shù)的應(yīng)用研究如火如荼，而主要的研究熱點則集中在儲能、電化學(xué)分析和石墨烯的生物安全性等方面。
儲能材料領(lǐng)域
新型儲能材料的研發(fā)是推動高效儲能技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。近年來，化學(xué)儲能領(lǐng)域?qū)κ┑难芯恐饕性跉淠艽鎯Α⒊夒娙萜髦圃臁囯x子電池和鋰-空氣電池制造等4方面。研究的重點則集中在對石墨烯制備方法的探索，對石墨烯功能化的試驗研究以及基于石墨烯本身性質(zhì)來研發(fā)結(jié)構(gòu)完善的高性能石墨烯基儲能元件。
儲氫方面。氫能源作為二次清潔能源是能源發(fā)展計劃中不可或缺的新能源之一。其具有損耗少、無污染、回收利用率高、且利用形式多樣等特點，被譽為21世紀(jì)的綠色能源。利用特殊材料吸附氫是一種新型的儲氫方法，研究結(jié)果表明，目前已使用的活性炭、富勒烯以及碳納米纖維等碳材料的儲氫能力均未達到理想的狀態(tài)，而作為sp2雜化碳基本構(gòu)成單元的石墨烯自問世以來，就展現(xiàn)出相對于其他碳材料更為優(yōu)異的儲氫性能，國內(nèi)外學(xué)者也因此積極探索石墨烯及其復(fù)合結(jié)構(gòu)在儲氫方面的潛能。一些科學(xué)家結(jié)合鈀納米顆粒與石墨烯材料，制成二維石墨烯納米片，與活性炭材料混合后生成一種全新的儲氫材料。研究結(jié)果表明，該儲氫材料的儲氫量在壓力為10MPa 狀態(tài)下可以達到0.82%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），相較于單純的鈀納米材料提升了近49%，該材料不僅存儲性能良好且吸附性的可逆程度較高。
超級電容器方面。超級電容器又可稱為雙電層電容器，是一種新型儲能器件，具有充放電效率高、綠色環(huán)保、安全可靠、以及循環(huán)可逆性等優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用于移動通訊、計算機技術(shù)、航空航天和國防科技等領(lǐng)域。因此其獨立支撐的電極必須具備力學(xué)強度高和電容大的特質(zhì)。相對于其他碳材料，石墨烯的電導(dǎo)率高、比表面積大、且化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，更加適合作為超級電容器電極材料。目前大多數(shù)研究觀點認(rèn)為高溫環(huán)境是化學(xué)法還原氧化石墨烯的必要條件，但有科學(xué)家在真空環(huán)境下，并在200℃這一遠低于理論臨界剝離溫度的條件下成功制得了石墨烯。相比高溫法制得的石墨烯，通過這種方法制出的石墨烯，其比容量更高，達到了279 F/g。
然而，當(dāng)前對石墨烯、金屬氧化物以及導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的研究仍限于實驗室內(nèi)，還未解決如何規(guī)模化制備質(zhì)量良好的石墨烯及其復(fù)合材料的問題，對基于石墨烯的超級電容器的體積比性能的研究也較欠缺。
