本研究采用電化學方法制備了由部分還原氧化石墨烯(GO)組成的質子電子導體。利用XPS、FTIR和Raman等方法進行電導率測量和詳細的表面分析，結果表明，在不同還原電位下制備的電化學還原氧化石墨烯(ERGO)表現出獨特的雙(質子和電子)電導率，并可通過調節表面條件進行調節。含氧基團的選擇性去除、C(sp2)/C(sp3)雜化碳結構的演化以及ERGO的表面結構都會影響其質子和電子輸運機制。本文報道的ERGO樣品是理想的支撐材料，具有適當的質子和電子輸運比例。本研究制備的無離聚體和柔性ERGO負載Pt (Pt/ERGO)電極在酸性溶液中的氧還原反應(ORR)活性進行了表征。結果表明，與傳統的碳負載Pt催化劑相比，其不僅具有更高的電化學表面積(ECSA)，而且對ORR的質量活性也有所提高。
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薄膜中含氧基團和非含氧基團的濃度與還原電位的關系，(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）根據施加電位從 D、G 和 G' 帶獲得的 FWHM 值。
圖6. ERGO 的電導率：（a）不同溫度下 ERGO 的總電導率；（b）80 ℃ 時 ERGO 的質子和電子電導率百分比貢獻曲線。所有測量均在 100% RH 下進行。
圖7. （a）ERGO 薄膜中 C(sp2) 和 C(sp3) 基團的濃度以及氧含量與還原電位的關系，（b）從 ERGO 的拉曼光譜收集的 A
D/A
G+G' 數據與還原電位的關系，（c）在不同電位下還原ERGO 的電導率，（d）提出的 GO 電化學還原機制的理想方案：紅色代表氧覆蓋率較高的區域，黃色代表氧覆蓋率較低的區域，灰色代表有序 C (sp2) 網絡。
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 時制備的催化劑的代表性 CVs，（b）制備的催化劑的 ECSA 計算結果與 ERGO 載體所施加還原電位的關系，（c）基于每種催化劑幾何面積的 ORR 極化曲線，（d）制備的催化劑的質量活度和比活度與 ERGO 載體所施加還原電位的關系。
相關研究成果由北京科技大學綠色低碳鋼鐵冶金全國重點實驗室、北京科技大學儲能科學與工程系、哥倫比亞大學化學與生物工程系Gaoyang Liu等人于2024年發表在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
轉自《石墨烯研究》公眾號
