Grafeeni ja grafeenioksidi ovat kaksiulotteisia hiilimateriaaleja. Grafeeni koostuu pääosin sp2-hybridisoituneista hiiliatomeista. Grafeenioksidissa sp2-hybridisoituneiden hiiliatomien verkkoon on kiinnittynyt happea sisältäviä funktionaalisia ryhmiä ja osa hiiliatomeista on siten sp3-hybridisoituneita. Grafeenia voidaan erotella grafiitista erilaisin menetelmin tai valmistaa atomi kerrallaan. Grafeenioksidin valmistuksessa grafiitti hapetetaan esimerkiksi kloraateilla.
Sekä grafeenia että grafeenioksidia voidaan muokata kovalenttisesti tai supramolekulaarisesti. Muokkauksella tavoitellaan usein materiaalin parempaa käsiteltävyyttä tai uudenlaisen toiminnallisuuden, kuten katalyyttisen aktiivisuuden tai sensoriominaisuuksien, saavuttamista.
Katalyyttisissä prosesseissa muokkaamattoman grafeenin ja grafiitin sovelluksia ei ole monia. Sen sijaan grafeenioksidia on käytetty happokatalyytin tavoin sekä hapettimena monissa kemiallisissa prosesseissa, kuten alkyynien hydrauksissa, bentsyylialkoholien hapetuksessa aldehydiksi ja amiinien hapettavassa kytkennässä.
Aktiivihiili on kolmiulotteinen huokoinen grafiitin kaltainen materiaali. Siitä on mahdollista valmistaa eri tavoin hapettuneita aktiivihiiliä typpihapon tai kuningasveden avulla. Hapetusolosuhteet vaikuttavat paljon syntyvän tuotteen funktionaalisten ryhmien jakaumaan. Eri tavoin valmistetuilla aktiivihiilillä on myös toisistaan poikkeava katalyyttinen aktiivisuus 2-aryyli-indolien homokytkentäreaktiossa.
