由石墨烯的氢化发现了石墨烯的两种新形式：石墨烷和石墨酮。石墨烷是碳和氢的二维聚合物，即（CH）n，n是一个比较大的数。如前文所述，石墨烯层也被氢化，但只是那些位于与非碳环境、可能是空气交界处的碳原子被氧化。石墨烯片两侧完全氢化则形成石墨烷，部分氢化则产生氢化石墨烯。同样，石墨烯两侧氟化（或使用化学和机械剥离氟化石墨）形成氟石墨烯（氟化石墨烯），而部分氟化（通常为卤化）则形成含氟（卤化）石墨烯。这意味着碳键位于sp³，而非石墨烯的sp²结构（图2.7）。因此，石墨烷可视为金刚石立方晶体的二维结构类似物。

图2.7 示意图 （a）石墨烯的六边形结构 （b）氢化后的石墨烯六边形结构产生变化，呈现出椅位形 （c）石墨烷片（碳原子为灰色，氢原子为白色）；展现出碳原子sp³杂化的类金刚石畸变的六边形网状结构 Courtesy（C）Copyright @ 2007American Physical Society Jorge et al.，Physical Review B，75（15），153401，2007.(www.daowen.com)

石墨烷的第一个理论描述出现于2003年，而制备是在2009年。石墨烷一词的使用是因为所有石墨烯键与氢原子相结合而呈饱和态。石墨烷是由石墨或少层石墨的电解氢化，以及对纯热解石墨的上层氢化面的机械剥离而合成的。