開發(fā)和提高雙功能氧反應(yīng)電催化劑的效率，以產(chǎn)生更高的電流和更低的過電位是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本文采用微波輔助水熱法將超細(xì)的Fe
3O
4納米粒子均勻地修飾在氧化石墨烯（GO）的片層表面，并首次成功地測試了其雙功能的氧反應(yīng)活性。這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在KOH和H
2SO
4溶液中都可被用作高效的析氧/氧還原反應(yīng)（ORR/OER）雙功能材料。通過掃描電鏡、高分辨透射電鏡、拉曼光譜、X射線衍射和X射線光電子能譜對復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。在KOH溶液中，這些合材料的ORR（0.975 V vs RHE）和OER（1.25 V vs RHE）的起始電位很低。此外，復(fù)合材料在硫酸溶液中的ORR（0.92 V vs RHE）和OER（1.2 V vs RHE）也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。有趣的是，純氧化石墨烯表現(xiàn)出比之前報道的電催化性能優(yōu)越的復(fù)合材料更好的結(jié)果。這種耦合技術(shù)提供了更高密度的Fe-C-O晶位和超細(xì)Fe-O顆粒，以提高復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移能力。這種物理化學(xué)行為有助于破壞表面和表面的官能團(tuán)并提供更多易受微波和水熱處理影響的活性轉(zhuǎn)移位點。這項研究可能提供有關(guān)啟用鐵的高雙功能活性的有用見解，以指導(dǎo)設(shè)計用于許多潛在電化學(xué)活性的有效催化劑。
圖1.（A）0.3Fe
3O
4@GO，0.6Fe
3O
4@ GO，0.9Fe
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4@ GO和GO的XRD圖譜。（B）0.3Fe
3O
4@ GO，0.6Fe
3O
4@ GO，0.9Fe
3O
4@GO的紅外光譜，插圖為GO的紅外光譜。（C）GO和0.9 Fe
3O
4@GO的拉曼光譜（純Fe
3O
4的插圖）。
圖2. （A）0.3Fe
3O
4@GO和0.9Fe
3O
4@ GO的XPS測量光譜和（B-D）C1s，O1s和Fe 3d區(qū)域的高分辨光譜。
圖3.（A）GO，（B）Fe
3O
4和（C）0.9Fe
3O
4@GO的SEM圖像（插圖：元素映射）。（D）GO，（E）Fe
3O
4和（F）0.9Fe
3O
4 @GO為典型的高清透射電鏡圖（插圖：HRTEM圖和選區(qū)電子衍射）。
圖4.（A）CV曲線。（B）極化曲線，（C）0.3Fe
3O
4@GO的K-L圖，（D）0.3@ Fe
3O
4@GO的Tafel圖，在0.5 M KOH的條件下。
圖5. ORR分析圖：（A）極化曲線，（B）Tafel斜率，（C）第一個和第500個循環(huán)的穩(wěn)定性圖，（D,E）LSV和Tafel斜率用于OER分析。0.5 M KOH。
相關(guān)研究成果于2021年由瑞典呂勒奧理工大學(xué)，工程科學(xué)與數(shù)學(xué)系材料科學(xué)系，實驗物理實驗室的Kashinath Lellala課題組，發(fā)表在ACS energy and fuels（doi：10.1021/acs.energyfuels.0c04411）上，原文：Microwave-Assisted Facile Hydrothermal Synthesis of Fe
3O
4-GO Nanocomposites for the Efficient Bifunctional Electrocatalytic Activity of OER/ORR。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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