硼摻雜碳納米結(jié)構(gòu)由于其顯著的電催化性能與傳統(tǒng)金屬催化劑相當(dāng)或更好，近年來引起了人們的極大興趣。在之前的一項(xiàng)工作中，本課題報(bào)道了隨著性能的顯著提高，B摻雜增強(qiáng)了少層石墨烯（FLG）的抗氧化性，這為中溫燃料電池電極提供了更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通常，在燃料電池操作期間，缺乏對(duì)B摻雜的碳納米結(jié)構(gòu)中發(fā)生的原子和電子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的詳細(xì)表征。在這項(xiàng)工作中，我們使用像差校正的掃描透射電子顯微鏡、納米束電子衍射和電子能量損失譜（EELS）來表征燃料電池運(yùn)行前后摻B FLG的原子和電子結(jié)構(gòu)。這些數(shù)據(jù)表明，摻雜B的FLG的納米級(jí)波紋是提高穩(wěn)定性和高耐腐蝕性的關(guān)鍵因素。B K邊緣EELS中的1s到π*和σ*躍遷特征與B摻雜的碳納米管中的躍遷特征的相似性為B-FLG中的納米波紋的曲率提供了估計(jì)。
圖1. 原始樣品和測(cè)試后樣品的HRTEM和STEM圖像以及NBED。（a） 原始樣本的HRTEM圖像。（b） 原始石墨烯的STEM-HAADF圖像，從中測(cè)量（c）中的NBED圖案。（d） 試驗(yàn)后樣品的HRTEM圖像。（e） 從其測(cè)量（f）中的NBED圖案的測(cè)試后石墨烯的STEM-HAADF圖像。注意，明亮的團(tuán)聚體對(duì)應(yīng)于Pt團(tuán)簇，因?yàn)樵赯對(duì)比度圖像中Pt的對(duì)比度遠(yuǎn)高于石墨烯。（c，f）中的比例尺對(duì)應(yīng)于10 nm
–1。
圖2. 燃料電池測(cè)試前后B-FLG的STEM圖像和電子結(jié)構(gòu)。（a） 標(biāo)記為原始的生長(zhǎng)B-FLG的STEM圖像顯示莫爾條紋。插圖顯示了圖像的FFT，顯示了兩層之間的8°扭曲角。（b） 燃料電池測(cè)試后b-FLG的STEM圖像標(biāo)記為Post。黃色矩形顯示，根據(jù)對(duì)比度變化，腐蝕主要發(fā)生在表面附近。（c） 來自原始（A）和后（B）樣品的B K邊緣EELS光譜的比較。
圖3. 曲率對(duì)B摻雜石墨烯的B K邊緣EELS光譜的影響。（a） 包裹在核殼BCx納米顆粒上的FLG的STEM圖像。“G”片和紅點(diǎn)表示收集EELS光譜的石墨烯曲率最大的區(qū)域。（b） 生長(zhǎng)（原始）材料中平坦和彎曲b-FLG的EELS光譜的比較。
圖4. 硼摻雜劑在不同曲率碳納米管上的結(jié)合能。在這里，考慮兩種類型的摻雜劑配置，硼原子取代CNT的碳，硼作為CNT碳頂部的吸附原子，其中0和0.5的局部曲率值對(duì)應(yīng)于石墨烯和（3，3）CNT。
相關(guān)研究成果由橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室Gyula Eres等人2023年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接: https://doi.org/10.1021/acsami.3c10664)上。原文：Role of Curvature in Stabilizing Boron-Doped Nanocorrugated Graphene
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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