硼掺杂碳纳米结构由于其显著的电催化性能与传统金属催化剂相当或更好，近年来引起了人们的极大兴趣。在之前的一项工作中，本课题报道了随着性能的显著提高，B掺杂增强了少层石墨烯（FLG）的抗氧化性，这为中温燃料电池电极提供了更高的结构稳定性。通常，在燃料电池操作期间，缺乏对B掺杂的碳纳米结构中发生的原子和电子结构转变的详细表征。在这项工作中，我们使用像差校正的扫描透射电子显微镜、纳米束电子衍射和电子能量损失谱（EELS）来表征燃料电池运行前后掺B FLG的原子和电子结构。这些数据表明，掺杂B的FLG的纳米级波纹是提高稳定性和高耐腐蚀性的关键因素。B K边缘EELS中的1s到π*和σ*跃迁特征与B掺杂的碳纳米管中的跃迁特征的相似性为B-FLG中的纳米波纹的曲率提供了估计。

 
图1. 原始样品和测试后样品的HRTEM和STEM图像以及NBED。（a） 原始样本的HRTEM图像。（b） 原始石墨烯的STEM-HAADF图像，从中测量（c）中的NBED图案。（d） 试验后样品的HRTEM图像。（e） 从其测量（f）中的NBED图案的测试后石墨烯的STEM-HAADF图像。注意，明亮的团聚体对应于Pt团簇，因为在Z对比度图像中Pt的对比度远高于石墨烯。（c，f）中的比例尺对应于10 nm^–1。

 
图2. 燃料电池测试前后B-FLG的STEM图像和电子结构。（a） 标记为原始的生长B-FLG的STEM图像显示莫尔条纹。插图显示了图像的FFT，显示了两层之间的8°扭曲角。（b） 燃料电池测试后b-FLG的STEM图像标记为Post。黄色矩形显示，根据对比度变化，腐蚀主要发生在表面附近。（c） 来自原始（A）和后（B）样品的B K边缘EELS光谱的比较。

 
图3. 曲率对B掺杂石墨烯的B K边缘EELS光谱的影响。（a） 包裹在核壳BCx纳米颗粒上的FLG的STEM图像。“G”片和红点表示收集EELS光谱的石墨烯曲率最大的区域。（b） 生长（原始）材料中平坦和弯曲b-FLG的EELS光谱的比较。

 
图4. 硼掺杂剂在不同曲率碳纳米管上的结合能。在这里，考虑两种类型的掺杂剂配置，硼原子取代CNT的碳，硼作为CNT碳顶部的吸附原子，其中0和0.5的局部曲率值对应于石墨烯和（3，3）CNT。
 
      相关研究成果由橡树岭国家实验室Gyula Eres等人2023年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (链接: https://doi.org/10.1021/acsami.3c10664)上。原文：Role of Curvature in Stabilizing Boron-Doped Nanocorrugated Graphene

转自《石墨烯研究》公众号

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