Aufgrund der reichhaltigen sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen und der hohen Reaktivität kann Graphenoxid den Bedarf an mehr aktiven Zentren und guter Grenzflächenkompatibilität in Anwendungsbereichen wie Katalyse, Nanokompositen und Energiespeicherung decken.

Studien ergaben, dass GO eine gute Zyklenleistung zeigt, wenn es als Elektrodenmaterial in Na-Ionen-Batterien verwendet wird. H- und O-Atome in Graphenoxid können die Neustapelung der Schichten wirksam verhindern, indem sie den Abstand der Schichten groß genug machen, um eine schnelle Interkalation zu ermöglichen Extraktion von Natriumionen. Es wird als negatives Elektrodenmaterial der Natriumionenbatterie verwendet und es wurde festgestellt, dass die Lade- und Entladezeiten bei manchen Elektrolyten das 1000-fache überschreiten können.