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氮掺杂三维石墨烯纳米网孔的电化学活性研究

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:如图5.4所示,在50 mV·s-1的扫速下,N-GMF的CV曲线表现出了典型的矩形双电层电容的行为,并且具有比石墨烯和N-G更大的响应电流,表明N-GMF内部具有更大的活性表面及更多的活性边缘。如图5.4所示,N-GMF表现出了比N-G更高的响应电流及更负的氧化峰位,并且远远优于石墨烯电极。以上结果表明,这种多孔分级结构,随着边缘活性位点的增多,优化了电极与电解液的相互作用,进而增强了N-GMF的电催化活性。

氮掺杂三维石墨烯纳米网孔的电化学活性研究

本章还考察了N-GMF在0.1 mol·L-1 PBS/KCl溶液中的电化学性能,并且选择与其氮含量差不多的N-G作为对比样品。该电解液具有生物可相容性,能够极大程度地降低pH对测试样品的影响。如图5.4(a)所示,在50 mV·s-1的扫速下,N-GMF的CV曲线表现出了典型的矩形双电层电容的行为,并且具有比石墨烯和N-G更大的响应电流,表明N-GMF内部具有更大的活性表面及更多的活性边缘。这种高的电催化活性也体现在对抗坏血酸(AA)的氧化反应过程中。如图5.4(b)所示,N-GMF(氧化峰位:0.05~0.1 V)表现出了比N-G(氧化峰位:0.07~0.13 V)更高的响应电流及更负的氧化峰位,并且远远优于石墨烯电极。以上结果表明,这种多孔分级结构,随着边缘活性位点的增多,优化了电极与电解液的相互作用,进而增强了N-GMF的电催化活性。除了与电解液强的相互作用而引发的高催化活性外,富有多孔分级结构的N-GMF与气体分子间也具有较强的相互作用,能用于气体传感[7]。以氨气分子为例,如图5.4(c)所示,随着氨气通入量的增加(20~1 000 ppm),N-GMF和N-G均表现出了电阻增大的现象[1]。然而,NGMF传感器的灵敏度是常规N-G的3倍。同时,M-GMF对氨气的响应具有较高的稳定性。如图5.4(d)所示,在氨气为400 ppm的条件下,其表现出了良好的重复性,并且其电阻值在通氮气的条件下,能够在500 s的时间里恢复到原来状态。

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图5.4 N-GMF及其对比样品的电化学活性的测试

(a)G、N-G和N-GMF电极在含有0.1 mol·L-1 KCl的0.1 mol·L-1磷酸缓冲溶液中的CV曲线,扫速为:50 mV·s-1;(b)加入5 m mol·L-1 AA后各电极的CV曲线;(c)N-GMF和N-G对氨气的响应,其中氨气通入量为20~1 000 ppm;(d)N-GMF在氨气为400 ppm下的响应曲线。ΔR和R表示电阻的变化值和初始电阻值

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