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石墨烯有多種衍生物，其中氧化石墨烯最為著名。氧化石墨烯就是石墨烯的氧化物，因表面富含大量的含氧功能基團，不僅易于化學修飾，且易溶于水等溶劑，但由于它片層間較強的相互作用力，極易堆積團聚，因此其比表面積較低。如在石墨烯表面制備大量納米級的孔，不僅可以擴大比表面積，還可增加其機械性能的堅韌性。

納孔石墨烯的制備方法包括“自上而下”的物理或化學方法以及“自下而上”化學合成法：

1. “自下而上”：主要利用化學合成手段將有機小分子組裝成二維納孔石墨烯片，但是該方法具有高耗能和低產率等缺點。

2. “自上而下”物理合成方法：主要利用高能粒子、射線等對石墨烯進行適當的輻照，進而在其表面制備出一定數量、密度和孔徑的納米孔。

“自上而下”的化學合成法制備納孔石墨烯：

主要利用金屬或金屬氧化物納米球作為蝕刻模板，利用氧化石墨烯為原料。在高溫密閉缺氧的條件下，金屬單質或氧化物納米顆粒會在氧化石墨烯的表面“燒出”一個孔。與此同時，氧化石墨烯表面的基團將被高溫去除，進而變為含氧量較低的納孔石墨烯。然而該方法需一些特殊設備和高溫密閉的條件，因此需要預先合成納米球的蝕刻模板，因此合成過程漫長、復雜且耗能較高。

氧化石墨烯與硝酸鋅混合溶液，在快速抽濾、干燥、點燃后，混合物即可變為氧化鋅納米顆粒與納孔石墨烯的混合物，用強酸洗去金屬氧化物納米顆粒以后即可得到納孔石墨烯材料。通過長期大量的研究發現，硝酸鋅和氧化石墨烯混合液共抽濾以后，氧化石墨烯層間會插入一層水合硝酸鋅納米片，該納米片表面還有一定數量、尺寸的納米孔。燃燒過程中，層狀水合硝酸鋅納米孔中裸露出的氧化石墨烯會被快速燒去，而夾在層狀水合硝酸鋅層間的氧化石墨烯被完整保留，同時表面的含氧基團被高溫燒掉，形成還原態的納孔石墨烯材料。

大量表征和計算表明，層狀水合硝酸鋅為一種類水滑石的結構，其表面孔徑的大小取決于硝酸鋅的加入量，因此可以通過硝酸鹽的加入量控制石墨烯納米孔的尺寸。隨后，利用真空抽濾法將納孔石墨烯材料制備為多層的納孔石墨烯濾膜，并將其用于鈉離子和鉀離子的分離，獲得了優異的分離性能。

缺點：“自上而下”的化學合成方法速度快、效率高、成本超低，但首先需要合成氧化石墨烯，再通過燃燒法將其制備成納孔石墨烯。簡言之，現有的自上而下的合成方法均需兩步完成，首先合成石墨烯或氧化石墨烯，然而利用物理或化學方法將其制備為納孔石墨烯。