面内杂原子取代缺陷
一些原子如氮、硼等，可以形成三个化学键，因此可以取代石墨烯中碳原子的位置，这些杂原子构成了石墨烯面内杂原子取代缺陷。图1-9 展示了拥有这样缺陷的石墨烯分子结构模型。当然，通过方法控制，不但能使石墨烯中单独存在氮或者硼缺陷，还可以让其同时存在。9
事实上，氮原子和硼原子是研究者通过方法控制故意引入到石墨烯中的，这样做的原因是研究发现拥有氮和硼杂原子缺陷的石墨烯在催化活性和导电性等方面性质优异。
石墨烯缺陷的形成原因
总结目前的研究，石墨烯缺陷的形成原因可以分为三种情况粒子束轰击引发、化学处理引发及晶生长缺陷。以下将分述这三种情况。
粒子束轰击引发
正如前面讲到石墨烯本征缺陷的结构时提到的那样，当具有合适能量的电子束轰击石墨烯表面时，石墨烯上碳原子由于能量作用离开碳六元环，这些碳原子或者完全离开石墨烯表面，或者在表面进行迁移，弥补或者形成新的缺陷。不难理解，既然电子束可以使碳原子脱离其在石墨烯中的原始位置，也可以作用于造成石墨烯外引入缺陷的杂原子上，从而影响石墨烯杂原子缺陷。
目前，已有基于此种理解利用电子束还原氧化石墨烯的研究出现。当然，不止是电子束，如果能量适合，离子束，γ射线等也可以作用于石墨烯，产生相应的缺陷变化。
化学处理引发
正如在石墨烯杂原子引入缺陷中讨论的一样，为了制备石墨烯或者对石墨烯进行改性，有些时候会使用含有氧、氮、硼等元素的化学试剂或者气氛处理石墨烯，这些处理不可避免的向石墨烯中引入了杂原子缺陷。当然，这些缺陷有时候是因为制备石墨烯的工艺路线限制不可避免的引入（如使用Hummers 法制备氧化石墨烯后再还原），有些则是出于改性石墨烯的目的，故意引入的缺陷（如向石墨烯中引入氮原子或者硼原子以改善石墨烯性能）。
晶生长缺陷
采用化学气相沉积的方法可以制备出大尺度，低缺陷的石墨烯。在目前的各种大量制备石墨烯的方法中，此方法制备出的石墨烯在拉曼光谱的测试中表现出了很低的相对缺陷，是一种非常有前景的制备方法。但是，此方法下，石墨烯的制备实际上是通过碳原子在金属表面进行沉积组装完成的，由于沉积的随机性，不同区域生长的石墨烯无法保证具有统一的晶延伸取向，这样的结果是当各区域石墨烯生长到一定大小开始出现交叉并域时，晶取向的不同将导致石墨烯线缺陷的形成，这种缺陷长度较长，使制备出的石墨烯无法在超大尺度上成为均匀的无缺陷二维晶体。另外需要指出的是，虽然化学气相沉积能够制备出低缺陷的石墨烯，但如何简单的把制备出的石墨烯从金属表面无损坏的剥离用于其它研究是个较大的挑战。
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