石墨烯由于自旋-轨道耦合作用很弱，而具有很长的自旋弛豫长度，这有利于人工调控其自旋及磁性，并很快被磁学界预言了其在自旋电子学器件中的巨大潜在应用。理论上，轻质元素掺杂能有效地改变石墨烯的电、光和磁学性质，由于部分C-C间的原子轨道从sp2杂化变成sp3杂化，进而使得部分碳原子可能出现不配对自旋从而引入局域磁矩。氟化石墨烯是一宽带隙半导体，被证实具有有趣的光学性质和磁电阻性质。最近，Nair等人报道，利用氟原子掺杂完美的石墨烯能有效引入局域磁矩，但由于低的迁移势垒，氟原子容易团聚形成大的氟团簇，使得氟原子贡献局域磁矩的效率大大较低。有研究证实，石墨烯纳米晶由于点缺陷具有局域磁矩，但每片纳米晶仅仅具有一个局域的自旋，表现出微弱的顺磁性，而不存在铁磁性。然而，在大片石墨烯片中，理论分析石墨烯局域磁矩之间可能通过间接载流子的媒介作用传递相互作用，导致磁有序;要使得自旋间发生铁磁耦合，提高自旋浓度从而减小自旋间的距离变得至关重要。　　在本论文中，我们利用氟原子掺杂缺陷性石墨烯——还原的氧化石墨烯(RGO)，并研究了其磁学性质和光致发光性质。由于氟原子容易形成团聚，氟团簇内部的氟原子对磁性完全没有贡献，只有特定氟团簇边缘位置的氟原子才可能对磁性有贡献。因此，要获得具有强磁性的石墨烯，必须提高氟原子贡献自旋的效率。换句话说，如何获得高浓度的边缘氟原子将是至关重要的问题。本论文的创新在于利用具有较多空位缺陷的缺陷性石墨烯—RGO作为氟化的初始原材料。由于较多空位缺陷的存在有利于在石墨烯获得高浓度的小的氟团簇，从而使氟原子引入局域磁矩的效率提高。主要研究内容及结果如下:　　1.采用高温热还原法获得具有较多空位缺陷的RGO，再通过二氟化氙和RGO在氩气气氛中加热，获得氟化的RGO。磁性研究发现，当该缺陷型石墨烯样品被氟化后，仍表现为纯顺磁性行为，但本征顺磁性磁矩发生显著增强。我们能够获得的最高比饱和磁化强度为0.83 emu/g，是初始原料RGO的比饱和磁化强度的6.19倍，也是之前文献报道利用氟化手段能够获得的最高比饱和磁化强度的4.34倍。本工作中，最高的引入磁矩效率为平均每100个氟原子能引入1μB。这主要是由于:氟原子容易在碳空位处掺杂，占据并稳定在空位周围，这就阻止了氟的集聚，有利于形成小的氟团簇。有趣的是，具有最高不配对自旋浓度的F-RGO-0.46样品，平均局域磁矩为2μB，对应两个磁性耦合的不配对自旋。因此，通过提高自旋浓度从而减小自旋间的距离，这是实现石墨烯的局域磁矩耦合及磁有序的初步条件。因此，获得高的不配对自旋浓度对石墨烯的磁学的基础研究和技术应用都具有重要作用。　　2.对具有高氟化缺陷型石墨烯进行热退火的方法，当热退火温度T＞300℃时，发生了去氟反应，从而在氟团簇中引入氟空位。通过调节退火温度，可以很好的调节氟化石墨烯的氟化程度及氟团簇中的氟空位。磁性研究发现:由于氟化石墨烯的氟空位能产生局域磁矩，通过退火去氟能使样品具有更高的不配对自旋浓度。其中F-RGO-350样品的比饱和磁化强度为1.76 emu/g，是未热退火处理的F-RGO的比饱和磁化强度的5倍多;氟原子引入磁矩效率的最高值达到平均每100个氟原子能引入3μB。更重要的是，通过热退火，使本来为纯顺磁性的氟化石墨烯，出现了铁磁性行为。通过分析，可以认为较高的不配对自旋浓度、较小的π电子局域化度都有利于石墨烯系统获得长程有序的磁状态。本工作提供了一种较容易地制备具有高浓度、强耦合的局域自旋的铁磁性石墨烯的方法。此外，本工作也对石墨烯的本征磁性研究有很大的突破，推动了磁性石墨烯实现在自旋电子学器件中的潜在应用方面的研究。　　3.通过水热法切割氟化石墨烯，首次制备了掺氟的石墨烯量子点。氟化石墨烯量子点的直径尺寸为1-7 nm，F/C原子个数比高达23.68％。不同于氟化石墨烯，会发出紫外荧光，氟化石墨烯量子点能够发出很强蓝色荧光，其荧光量子产率为6.28％。与利用水热法制备的未掺杂氟的石墨烯量子点GQDs相比，在320nm波长激发下F-GQDs的PL峰的位置为440 nm，红移了10nm左右。氟化石墨烯量子点具有较强的上转换性质，在可见光激发下能获得最强的上转换荧光，这表明氟化石墨烯量子点能充分利用太阳光的可见光谱，作为有效的能源转换器件应用于光催化等领域。