本研究采用電化學(xué)方法制備了由部分還原氧化石墨烯(GO)組成的質(zhì)子電子導(dǎo)體。利用XPS、FTIR和Raman等方法進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)量和詳細(xì)的表面分析，結(jié)果表明，在不同還原電位下制備的電化學(xué)還原氧化石墨烯(ERGO)表現(xiàn)出獨(dú)特的雙(質(zhì)子和電子)電導(dǎo)率，并可通過調(diào)節(jié)表面條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。含氧基團(tuán)的選擇性去除、C(sp2)/C(sp3)雜化碳結(jié)構(gòu)的演化以及ERGO的表面結(jié)構(gòu)都會(huì)影響其質(zhì)子和電子輸運(yùn)機(jī)制。本文報(bào)道的ERGO樣品是理想的支撐材料，具有適當(dāng)?shù)馁|(zhì)子和電子輸運(yùn)比例。本研究制備的無離聚體和柔性ERGO負(fù)載Pt (Pt/ERGO)電極在酸性溶液中的氧還原反應(yīng)(ORR)活性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的碳負(fù)載Pt催化劑相比，其不僅具有更高的電化學(xué)表面積(ECSA)，而且對(duì)ORR的質(zhì)量活性也有所提高。
圖1. ERGO 和 Pt/ERGO 合成路線示意圖。
圖2. (a) GO、(b) ERGO -0.8 樣品、(c) ERGO 薄膜的典型 SEM 圖像，c圖從左到右分別為 GO、ERGO -0.6、ERGO -0.8、ERGO -1.0，以及 (d) ERGO -0.8 的柔韌性。
圖3. (a) GO 和 (c) ERGO-0.8 樣品的 STEM-HAADF 圖像，(b) GO 和 (d) ERGO-0.8 樣品的 HRTEM 圖像。
圖4. GO和ERGO的特性：(a)在不同電位下還原的ERGO薄膜的C 1s XPS曲線，(b)通過元素分析確定的氧含量，(c)ERGO薄膜中含氧基團(tuán)和非含氧基團(tuán)的濃度與還原電位的關(guān)系，(d)在不同電位下還原的ERGO的XRD光譜。
圖5. （a）ERGO 的完整拉曼光譜；（b）計(jì)算出 ERGO 在不同電位下還原的 Voigt 反卷積后的拉曼光譜；（c）根據(jù)施加電位從 D、G 和 G' 帶獲得的 FWHM 值。
圖6. ERGO 的電導(dǎo)率：（a）不同溫度下 ERGO 的總電導(dǎo)率；（b）80 ℃ 時(shí) ERGO 的質(zhì)子和電子電導(dǎo)率百分比貢獻(xiàn)曲線。所有測(cè)量均在 100% RH 下進(jìn)行。
圖7. （a）ERGO 薄膜中 C(sp2) 和 C(sp3) 基團(tuán)的濃度以及氧含量與還原電位的關(guān)系，（b）從 ERGO 的拉曼光譜收集的 A
D/A
G+G' 數(shù)據(jù)與還原電位的關(guān)系，（c）在不同電位下還原ERGO 的電導(dǎo)率，（d）提出的 GO 電化學(xué)還原機(jī)制的理想方案：紅色代表氧覆蓋率較高的區(qū)域，黃色代表氧覆蓋率較低的區(qū)域，灰色代表有序 C (sp2) 網(wǎng)絡(luò)。
圖8. （a）無支撐 ERGO、（b）、（c）Pt/ERGO 和（d）柔性 Pt/ERGO 電極的 SEM 圖像。
圖9. （a）掃描速率為 20 mV s
-1 時(shí)制備的催化劑的代表性 CVs，（b）制備的催化劑的 ECSA 計(jì)算結(jié)果與 ERGO 載體所施加還原電位的關(guān)系，（c）基于每種催化劑幾何面積的 ORR 極化曲線，（d）制備的催化劑的質(zhì)量活度和比活度與 ERGO 載體所施加還原電位的關(guān)系。
相關(guān)研究成果由北京科技大學(xué)綠色低碳鋼鐵冶金全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京科技大學(xué)儲(chǔ)能科學(xué)與工程系、哥倫比亞大學(xué)化學(xué)與生物工程系Gaoyang Liu等人于2024年發(fā)表在Surfaces and Interfaces (https://doi.org/10.1016/j.surfin.2024.104233 )上。原文：Activity and stability of electrochemically reduced graphene oxide films for applications requiring mixed conductivity
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
