通常石墨烯與水不能很好的混合，當(dāng)石墨烯在水中時，會出現(xiàn)“懸鍵”（水分子的氫原子會指向石墨烯表面），并且石墨烯附近的水分子不能形成3個以上的氫鍵，而純水中平均每個水分子有3.6個氫鍵。因此石墨烯及非極性碳?xì)浠飼茐乃械臍滏I從而引起疏水相互作用，從而導(dǎo)致石墨烯在水中難以溶解。另外石墨烯促進(jìn)溶解在水中的納米氣泡在石墨烯表面形核，這也會加劇石墨烯的團(tuán)聚和沉淀。石墨插入化合物可以在質(zhì)子惰性溶劑中被剝離為單層石墨烯，從而產(chǎn)出熱力學(xué)穩(wěn)定的負(fù)電石墨烯（graphenide）溶液。負(fù)電石墨烯是一種強(qiáng)還原劑，而有機(jī)溶劑對空氣和水分很敏感。近期George等人（DOI:10.1038/NCHEM.2669）實(shí)現(xiàn)了單層石墨烯層片均勻分布在除去氣體的水中，這種石墨烯水溶液在空氣中穩(wěn)定，并且不需要添加表面活性劑。

在惰性氣氛中將石墨鉀溶解于四氫呋喃THF中形成單層負(fù)電石墨烯聚離子，隨后通過暴露在空氣中在THF內(nèi)將負(fù)電石墨烯離子氧化為石墨烯，然后迅速轉(zhuǎn)移到脫氣的水中，在空氣中暴露的過程形成過氧化物陽離子和中性石墨烯。在正常的實(shí)驗(yàn)條件下，溶于水中的氣體吸附在石墨烯表面導(dǎo)致分散的個體之間產(chǎn)生長程吸引力，從而促進(jìn)團(tuán)聚。相反的如果對水進(jìn)行脫氣處理，水離子已經(jīng)吸附在石墨烯的表面了，這種吸附使得分散的石墨烯層片帶有一定的電荷，靜電排斥作用可以使石墨烯片的分散狀態(tài)保持穩(wěn)定。總的來說，在脫氣的水中，因?yàn)槭┢g的彌散的吸引力很小和靜電排斥穩(wěn)定性，石墨烯在脫氣水中的再聚集會急劇減慢。由于負(fù)電石墨烯氧化和水分解作用使得OH--離子自發(fā)吸附在石墨烯表面，石墨烯在水中帶電。當(dāng)兩片石墨烯相遇時會產(chǎn)生排斥作用。因此石墨烯可以有效的分散在水中，濃度達(dá)到0.16g/L，并且可以穩(wěn)定存放幾個月的時間。