Ze względu na bogate grupy funkcyjne zawierające tlen i wysoką reaktywność, tlenek grafenu może zaspokoić potrzeby bardziej aktywnych miejsc i dobrej kompatybilności międzyfazowej w obszarach zastosowań, takich jak kataliza, nanokompozyty i magazynowanie energii.

Badania wykazały, że GO wykazuje dobrą wydajność cykliczną, gdy jest stosowany jako materiał elektrodowy w akumulatorach Na-jonowych. Atomy H i O w tlenku grafenu mogą skutecznie zapobiegać ponownemu układaniu arkuszy, dzięki czemu odstępy między arkuszami są wystarczająco duże, aby umożliwić szybką interkalację i ekstrakcja jonów sodu. Jest on stosowany jako materiał elektrody ujemnej w akumulatorze sodowo-jonowym i stwierdzono, że w przypadku pewnego rodzaju elektrolitu czasy ładowania i rozładowywania mogą przekraczać 1000 razy.