石墨烯基催化剂已广泛应用于催化臭氧化。然而，由于难以获得具有高结构精度的石墨烯，因此目前理解层状碳催化剂的固有结构与其催化活性之间的关系是不可行的。这里，一种先进的等离子体辅助蚀刻策略被用于通过定制缺陷类型来微调单层石墨烯膜的臭氧化活性。拉曼图谱显示，制备的单层石墨烯薄膜的缺陷主要是sp³、空位和边界型缺陷。通过淬灭实验、电子顺磁共振结果和密度泛函理论计算，揭示了这些活性缺陷在操纵单层石墨烯薄膜氧化势中的作用和贡献。催化结果表明，具有类边界缺陷的单层石墨烯薄膜对磺胺甲恶唑的降解表现出最佳的催化性能。这项工作通过构造额外的缺陷位点，为高效含碳催化剂的设计提供了新的见解。
 
 
图 1. (a) 缺陷石墨烯/SiO2/Si的制备示意图。 原始石墨烯在(b)铜箔上生长和(c)转移到 SiO2/Si 基板上的SEM图像。生长在(d) 铜箔上和 (e) 转移到 SiO₂/Si衬底上的GF-3的 SEM 图像。 (f) GF-3薄膜的TEM图像和 (g) SAED图案。 (h) GF-3样品的的光学显微镜和拉曼强度图 (i) Gpeak、(j) D-peak、(k) D'-peak和 (l) 2D-peak。
 
 
图 2. (a,b) GF-1、(c,d) GF-2、(e,f) GF-3 和 (g,h) GF-4 的SEM显微照片。 (i) 具有不同等离子体蚀刻时间的缺陷石墨烯薄膜的拉曼光谱和 I(D)/I(D') 强度比。有缺陷的石墨烯薄膜的水接触角升高作为等离子体暴露时间的函数：(j) GF-1、(k) GF-2、(l) GF-3 和 (m) GF-4。 不同石墨烯薄膜的 I(D)/I(D') 比的拉曼映射：(n) GF-1、(o) GF-2、(p) GF-3 和 (q) GF-4。
 
 
图 3. (a) 用于臭氧催化实验的反应器。(b)石墨烯和缺陷石墨烯的催化臭氧化效率曲线  (c)相应的 TOC 去除率。 (d) SMZ 降解的伪一级动力学速率常数。 条件：SMZ 浓度：5 mg/L，臭氧流速：100 mL/min，温度：25℃，用 0.1M HCl/NaOH 溶液将pH调至 7.0。
 
  
图 4. 使用 DMPO 作为捕集剂在 (a) 超纯水和 (b) 无水甲醇中进行的 EPR 光谱。 (c) 使用 TEMP 作为捕集剂在超纯水中进行的 EPR 光谱。 (d)与有缺陷的石墨烯在用臭氧鼓泡 30 分钟后产生的•OH 量相关的荧光发射强度峰。(e)淬灭剂对 SMZ 降解的影响。
 

图 5. 有缺陷的石墨烯催化剂不同位点上臭氧分子的 DFT 模型：(a) 原始石墨烯，(b) sp³型缺陷石墨烯，(c) 空位型缺陷石墨烯，(d) 锯齿形边缘型缺陷石墨烯 ，和（e）扶手椅边缘型缺陷石墨烯。
 
 
图 6. 多片 (a) 和多层 (b) 缺陷石墨烯薄膜的示意图。 (c)多层缺陷石墨烯的拉曼光谱。  (d) 是（c）中G峰和2D峰的放大。(e)用多层缺陷石墨烯和 (f)多片缺陷石墨烯通过催化臭氧化去除 SMZ。 (g) 存在各种阴离子时的 SMZ 氧化效率。  (h) SMZ降解率与溶液pH 值之间的关系。
 
        相关科研成果华东师范大学Yenan Song和Zhuo Sun等于2021年发表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.1c16920）上。原文：Defect-Engineered Graphene Films as Ozonation Catalysts for the Devastation of Sulfamethoxazole: Insights into the Active Sites and Oxidation Mechanism。

转自《石墨烯研究》公众号