碳元素广泛存在于自然界，其独特的物性和多样的形态随着人类文明的进步而逐渐被发现。碳元素有很多种同素异形体，最为人们所熟知的就是sp2杂化的石墨和sp3杂化的金刚石。1985年富勒烯(Fullerene)的发现和1991年碳纳米管(Carbon nanotubes)的发现，扩大了碳的同素异形体的范畴，也使人们对碳元素的多样性有了更深刻的认识，富勒烯和碳纳米管所引发的纳米科技对人类认知、社会发展的贡献难以言喻。2004年另一种具有理想二维结构和奇特电子性质的碳的同素异形体单层石墨烯(Graphene)被成功制备，开始引发新一波碳质材料研究热潮。单层石墨中电子的典型传导速率为8×105 m/s，比一般半导体中的电子传导速度大得多。单层石墨特有的能带结构使空穴和电子相互分离，导致了新的电子传导现象的产生，例如不规则量子霍尔效应。由于其独特的二唯结构和优异的物理、机械性质，单层石墨在物理、化学及材料领域具有极大的应用前景，如用在晶体管、透明电极及传感器等方面。本论文研究了可溶性单层石墨杂化材料的制备、表征和相关应用，主要包括以下三个方面的内容：　　 第一、制备了单层石墨/富勒烯杂化材料，对其进行了相关的表征，进而研究了这种杂化材料的非线性光学性质。由于光诱导的电子转移过程，单层石墨/富勒烯杂化材料的非线性光学性质较其母体材料有很大提高。　　 第二、研究了单层石墨作为药物载体，实现了对盐酸阿酶素药物的高效负载，负载量在盐酸阿酶素浓度为0.47 mg/mg时高达2.35 mg/mg。并且负载量和释放量都依赖于pH值，这是由于两者之间的氢键作用。进而，又通过化学沉积法制备了单层石墨/四氧化三铁杂化材料，这种杂化材料对盐酸阿酶素的负载量可以达到1.08 mg/mg。并且该杂化材料在负载上盐酸阿酶素之后在酸性条件下沉积，在外加磁场作用下可以定向移动，在碱性条件下又可以重新溶解。可以实现药物在生物体内的可控及靶向控制。　　 第三、通过功能化反应将单层氧化石墨转化成有机可溶的单层石墨，用作光伏器件中的受体材料，与P3OT混合后作为活性层。光电转换效率可以达到1.4％。