氧化石墨烯電化學(xué)還原過程分析及其電催化應(yīng)用.pdf

1、氧化石墨烯(GO)表面豐富的含氧官能團(tuán)賦予其許多優(yōu)良的電催化活性。通過還原方法對GO的官能團(tuán)進(jìn)行調(diào)整，就能夠調(diào)整其缺陷程度及sp2雜化比例的大小，這對于決定GO所表現(xiàn)出來的電化學(xué)特性具有重要的意義。本研究采用電化學(xué)方法還原GO，通過改變電化學(xué)還原電位(-0.5 V～-1.8 V)，制得具有不同還原程度的氧化石墨烯(ERGOs)，并對其結(jié)構(gòu)特性、電催化性質(zhì)進(jìn)行表征。從而分析電化學(xué)還原過程中，GO的還原機(jī)理，以及不同還原程度的ERGOs的電

2、催化活性。
　　在結(jié)構(gòu)特性表征的研究中，利用拉曼表征手段分析不同還原階段的ERGO表面的缺陷及晶型大小的變化，結(jié)果表明隨著還原電位的不斷增大，GO表面的缺陷減小;利用紅外及XPS表征手段探究不同還原程度的ERGOs表面的官能團(tuán)的類型與數(shù)量，發(fā)現(xiàn)隨著還原程度的增大C/O比值增大，所具有的官能團(tuán)也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，研究認(rèn)為在-0.5 V～-1.8 V的還原電位范圍內(nèi)，羧基（O-C=O）最容易發(fā)生還原，接下來是碳氧鍵(C-O)和羰基(C=O)

3、。
　　在電催化活性的研究中，利用鐵氰化鉀等探針研究不同還原程度的ERGOs的電化學(xué)性質(zhì)及電催化性能。研究認(rèn)為ERGO對鐵氰化鉀的催化性能與材料的缺陷程度有關(guān)，缺陷越小，晶型越大，其電子傳遞性能越好，越有利于ERGO對鐵氰化鉀的電催化性能。ERGOs修飾電極對HQ及AA存在催化作用，其反應(yīng)機(jī)理與ERGOs表面官能團(tuán)C=O的催化行為有關(guān)。
　　利用上述分析得到的不同還原程度的ERGO的結(jié)構(gòu)及所具有的官能團(tuán)特點(diǎn)，分別選擇在-0.

4、8 V和-1.4V的還原電位下制得的ERGO，應(yīng)用于電催化還原TTC及Cr6+。研究表明TTC在-0.8 V的電位下還原得到的ERGO修飾電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在0～0.5V的范圍內(nèi)出現(xiàn)響應(yīng)峰，并且相比于碳納米管修飾電極，氧化電位負(fù)移，說明ERGO-0.8v對TTC顯示了獨(dú)特的電催化性能。而且，研究表明在TTC濃度為0mg/L～160 mg/L的范圍內(nèi)，氧化峰峰電流與TTC濃度有很好的線性關(guān)系，說明利用這種方式構(gòu)建電化學(xué)傳感器性能的可

5、靠性。研究認(rèn)為調(diào)整官能團(tuán)的變化是影響ERGO獨(dú)特的電催化性質(zhì)的主要因素，除此之外還有缺陷度和sp2域。推測ERGO表面的羧基(C=O)和羥基之間轉(zhuǎn)化將電子轉(zhuǎn)移給TTC，對應(yīng)于氫醌和醌之間的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)對TTC的催化。Cr6+在-1.4V的電位下還原得到的ERGO修飾電極上發(fā)生還原，在0.35 V左右出現(xiàn)的還原峰對應(yīng)于六價鉻向五價鉻的轉(zhuǎn)化，ERGO-1.4v對Cr6+顯示了獨(dú)特的電催化性能。在一定的Cr6+濃度(0.05 mM～1 mM