本发明提供了一种氧化石墨烯羧基功能化改性的方法，该方法以氧化石墨烯为原料，以碱对氧化石墨烯进行还原，在氧化石墨烯的基面内产生缺陷位点，再以氧化剂对产生缺陷位点的氧化石墨烯进行氧化，氧化石墨烯的缺陷位点处获得羧基；所述的氧化剂为高锰酸钾和浓硫酸，或高锰酸钾和高氯酸。本发明根据氧化石墨烯的还原机理，采用简单的碱还原反应，保持边缘羧基不被还原的同时，在石墨烯基面形成孔洞状缺陷位点，这些缺陷增加了羧基的形成位点。通过进一步的氧化，在缺陷处获得与石墨烯碳原子直接相连的新的羧基，在减少羟基和环氧基的同时，整体提升了氧化石墨烯的羧基化程度。