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瑞典呂勒奧理工大學(xué)工程科學(xué)與數(shù)學(xué)系材料科學(xué)系實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)室--使用微波輔助的簡(jiǎn)易水熱法合成的Fe3O4?GO納米復(fù)合材料具有OER/ORR的高效雙功能電催化活性
       開發(fā)和提高雙功能氧反應(yīng)電催化劑的效率,以產(chǎn)生更高的電流和更低的過電位是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本文采用微波輔助水熱法將超細(xì)的Fe3O4納米粒子均勻地修飾在氧化石墨烯(GO)的片層表面,并首次成功地測(cè)試了其雙功能的氧反應(yīng)活性。這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在KOH和H2SO4溶液中都可被用作高效的析氧/氧還原反應(yīng)(ORR/OER)雙功能材料。通過掃描電鏡、高分辨透射電鏡、拉曼光譜、X射線衍射和X射線光電子能譜對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。在KOH溶液中,這些合材料的ORR(0.975 V vs RHE)和OER(1.25 V vs RHE)的起始電位很低。此外,復(fù)合材料在硫酸溶液中的ORR(0.92 V vs RHE)和OER(1.2 V vs RHE)也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。有趣的是,純氧化石墨烯表現(xiàn)出比之前報(bào)道的電催化性能優(yōu)越的復(fù)合材料更好的結(jié)果。這種耦合技術(shù)提供了更高密度的Fe-C-O晶位和超細(xì)Fe-O顆粒,以提高復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移能力。這種物理化學(xué)行為有助于破壞表面和表面的官能團(tuán)并提供更多易受微波和水熱處理影響的活性轉(zhuǎn)移位點(diǎn)。這項(xiàng)研究可能提供有關(guān)啟用鐵的高雙功能活性的有用見解,以指導(dǎo)設(shè)計(jì)用于許多潛在電化學(xué)活性的有效催化劑。
 
 
圖1.(A)0.3Fe3O4@GO,0.6Fe3O4@ GO,0.9Fe3O4@ GO和GO的XRD圖譜。(B)0.3Fe3O4@ GO,0.6Fe3O4@ GO,0.9Fe3O4@GO的紅外光譜,插圖為GO的紅外光譜。(C)GO和0.9 Fe3O4@GO的拉曼光譜(純Fe3O4的插圖)。
 
  
圖2. (A)0.3Fe3O4@GO和0.9Fe3O4@ GO的XPS測(cè)量光譜和(B-D)C1s,O1s和Fe 3d區(qū)域的高分辨光譜。
 
 
圖3.(A)GO,(B)Fe3O4和(C)0.9Fe3O4@GO的SEM圖像(插圖:元素映射)。(D)GO,(E)Fe3O4和(F)0.9Fe3O4 @GO為典型的高清透射電鏡圖(插圖:HRTEM圖和選區(qū)電子衍射)。
 

圖4.(A)CV曲線。(B)極化曲線,(C)0.3Fe3O4@GO的K-L圖,(D)0.3@ Fe3O4@GO的Tafel圖,在0.5 M KOH的條件下。
 
  
圖5. ORR分析圖:(A)極化曲線,(B)Tafel斜率,(C)第一個(gè)和第500個(gè)循環(huán)的穩(wěn)定性圖,(D,E)LSV和Tafel斜率用于OER分析。0.5 M KOH。
 
        相關(guān)研究成果于2021年由瑞典呂勒奧理工大學(xué),工程科學(xué)與數(shù)學(xué)系材料科學(xué)系,實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)室的Kashinath Lellala課題組,發(fā)表在ACS energy and fuels(doi:10.1021/acs.energyfuels.0c04411)上,原文:Microwave-Assisted Facile Hydrothermal Synthesis of Fe3O4-GO Nanocomposites for the Efficient Bifunctional Electrocatalytic Activity of OER/ORR。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)

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