微機械剝離法、化學氣相沉積法、外延生長法這三種方法雖然能獲得較高質量的石墨烯，但因其反應條件苛刻、成本較高及產率較低等因素而不利于大規模的制備。相比較而言，氧化石墨烯(GO)溶液還原法(Reduction of Graphene Oxide Solution)操作簡便、產量大，同時石墨烯溶膠的產物形式也為材料的進一步加工和成型帶來了方便。目前， GO的還原方法主要包括：化學還原法（所用還原劑包括肼、二甲基肼、對苯二酚、硼氫化鈉、含硫化合物等）、熱還原法和紫外輔助還原法等。
1 氧化石墨烯的化學還原
從石墨到CRG轉變的分子模型
2006年， Ruoff等首次以肼為還原劑，利用化學還原GO溶液制備出了單層石墨烯，但所制備的石墨烯仍含有極少量含氧基團，同時其共軛結構也存在一定的不完整性，所以一般稱之為化學還原氧化石墨烯（ Chemically Reduced Graphene Oxide，CRG）。
GO的制備一般是利用Hummers方法，經過插層氧化石墨得到氧化石墨，然后在水等溶劑中，利用超聲震蕩等機械作用將其剝落（解理）得到，如圖所示。在這一過程中由于水分子與在石墨氧化過程中形成的含氧官能團（羧基、環氧基和羥基）之間產生強的相互作用，因而可以很容易插入到氧化石墨層間隙中，同時在超聲作用下通過膨脹等就可以將其解理。 在水溶液中，利用對苯二酚還原GO批量制備了石墨烯納米片。 通過一系列含硫化合物（亞硫酸氫鈉、二氧化硫、氯化亞砜、硫代硫酸鈉和硫化鈉）化學還原GO水溶液及GO水與N,N-二甲基乙酰胺的混合液來制備石墨烯，并發現亞硫酸氫鈉和氯化亞砜的還原能力與水合肼相當。
利用原始GO水溶液的還原制備石墨烯存在一個問題，即在溶液中，含氧基團的逐漸減少會引起被還原的GO薄片親水性的減弱，從而迅速團聚。因此，在還原過程中需要加入高分子或表面活性劑來修飾CRG進而阻止π-π堆積作用。通過還原GO與聚苯乙烯磺酸鈉鹽的混合水溶液，得到了表面包覆高分子的CRG黑色水溶液。利用肼還原包覆有十二烷基苯磺酸鈉的GO，然后經過芳基重氮鹽的化學修飾得到包覆有十二烷基苯磺酸鈉的CRG，并可將其分散于二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮，濃度為1 mg/mL。
利用有機小分子和納米顆粒修飾CRG懸浮液的相關研究已有報道。在1-芘丁酸（利用π堆積作用對石墨平面具有強的親和吸附）的存在下，利用肼還原GO懸浮液，得到經芘丁酸修飾的CRG黑色膠體懸浮液，濃度為0.1 mg/mL。利用硼氫化鈉與十八胺修飾的GO反應，再將四氯合金（ III）酸加入懸浮液中，得到金納米顆粒（直徑～5-11 nm）修飾的CRG四氫呋喃懸浮液。
在不添加任何穩定劑或表面活性劑的條件下， 直接制備出穩定的石墨烯懸浮液的研究引起了人們的關注。在堿性環境下（ pH值～10），利用肼還原GO制備出了穩定的CRG分散液。其原因是當pH增加至10時，羧酸基變為帶負電的羧酸根離子，這樣通過羧酸根離子間的靜電排斥作用就可以阻止CRG層間的π-π堆積。在堿性條件下，利用肼還原經KOH修飾的GO也得到了穩定的CRG懸浮液（ 7mg/mL），這是由于鉀離子和CRG邊緣的羧酸根離子形成了離子對。
另外，發展了一種所謂的三步法來制備石墨烯懸浮液。
1）用硼氫化鈉預還原GO；
2）利用對氨基苯磺酸的芳基重氮鹽磺化修飾；
3）用肼進一步還原磺化石墨烯水溶液。
經第二步處理的磺化石墨烯能分散于水中（ 2 mg/mL， pH 3-10），經進一步還原處理后的CRG能分散于水和一些有機溶劑的混合液中，進而說明磺化基團與CRG是通過共價鍵結合的。
2 氧化石墨烯的其它還原方法
GO的熱還原是另一種用于制備石墨烯的方法。 在水和N,N-二甲基乙酰胺的混合液中利用微波輔助快速熱還原GO制備了石墨烯。 GO的還原在幾分鐘內（ 1-10 min）就可完成，而產物的還原程度則依賴于微波處理的持續時間。
紫外線輔助還原法也可制備石墨烯。利用紫外照射含有TiO2/GO混合物的乙醇溶液，得到TiO2包覆的化學修飾石墨烯的黑色懸浮液，其中TiO2不僅是光催化劑，也是分散劑。通過紫外照射光催化還原GO和TiO2納米復合物的混合物成功制備出石墨烯。
綜上所述，目前已有多種方法可以通過還原GO溶液制備石墨烯，這些方法的最大優點是實驗條件簡單、成本低廉和可批量生產，同時，原始材料是廉價的石墨，因而有望實現石墨烯的規模化制備。
