本研究采用电化学方法制备了由部分还原氧化石墨烯(GO)组成的质子电子导体。利用XPS、FTIR和Raman等方法进行电导率测量和详细的表面分析，结果表明，在不同还原电位下制备的电化学还原氧化石墨烯(ERGO)表现出独特的双(质子和电子)电导率，并可通过调节表面条件进行调节。含氧基团的选择性去除、C(sp2)/C(sp3)杂化碳结构的演化以及ERGO的表面结构都会影响其质子和电子输运机制。本文报道的ERGO样品是理想的支撑材料，具有适当的质子和电子输运比例。本研究制备的无离聚体和柔性ERGO负载Pt (Pt/ERGO)电极在酸性溶液中的氧还原反应(ORR)活性进行了表征。结果表明，与传统的碳负载Pt催化剂相比，其不仅具有更高的电化学表面积(ECSA)，而且对ORR的质量活性也有所提高。
 

图1. ERGO 和 Pt/ERGO 合成路线示意图。
 

图2. (a) GO、(b) ERGO -0.8 样品、(c) ERGO 薄膜的典型 SEM 图像，c图从左到右分别为 GO、ERGO -0.6、ERGO -0.8、ERGO -1.0，以及 (d) ERGO -0.8 的柔韧性。
 
 
图3. (a) GO 和 (c) ERGO-0.8 样品的 STEM-HAADF 图像，(b) GO 和 (d) ERGO-0.8 样品的 HRTEM 图像。
 

图4. GO和ERGO的特性：(a)在不同电位下还原的ERGO薄膜的C 1s XPS曲线，(b)通过元素分析确定的氧含量，(c)ERGO薄膜中含氧基团和非含氧基团的浓度与还原电位的关系，(d)在不同电位下还原的ERGO的XRD光谱。
 
 
图5. （a）ERGO 的完整拉曼光谱；（b）计算出 ERGO 在不同电位下还原的 Voigt 反卷积后的拉曼光谱；（c）根据施加电位从 D、G 和 G' 带获得的 FWHM 值。
 

图6. ERGO 的电导率：（a）不同温度下 ERGO 的总电导率；（b）80 ℃ 时 ERGO 的质子和电子电导率百分比贡献曲线。所有测量均在 100% RH 下进行。
 

图7. （a）ERGO 薄膜中 C(sp2) 和 C(sp3) 基团的浓度以及氧含量与还原电位的关系，（b）从 ERGO 的拉曼光谱收集的 A_D/A_G+G' 数据与还原电位的关系，（c）在不同电位下还原ERGO 的电导率，（d）提出的 GO 电化学还原机制的理想方案：红色代表氧覆盖率较高的区域，黄色代表氧覆盖率较低的区域，灰色代表有序 C (sp2) 网络。
 

图8. （a）无支撑 ERGO、（b）、（c）Pt/ERGO 和（d）柔性 Pt/ERGO 电极的 SEM 图像。
 

图9. （a）扫描速率为 20 mV s^-1 时制备的催化剂的代表性 CVs，（b）制备的催化剂的 ECSA 计算结果与 ERGO 载体所施加还原电位的关系，（c）基于每种催化剂几何面积的 ORR 极化曲线，（d）制备的催化剂的质量活度和比活度与 ERGO 载体所施加还原电位的关系。
 
       相关研究成果由北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室、北京科技大学储能科学与工程系、哥伦比亚大学化学与生物工程系Gaoyang Liu等人于2024年发表在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

转自《石墨烯研究》公众号