瑞典吕勒奥理工大学--使用微波辅助的简易水热法合成的Fe3O4−GO纳米复合材料具有OER/ORR的高效双功能电催化活性
开发和提高双功能氧反应电催化剂的效率，以产生更高的电流和更低的过电位是一项具有挑战性的任务。本文采用微波辅助水热法将超细的Fe3O4纳米粒子均匀地修饰在氧化石墨烯（GO）的片层表面，并首次成功地测试了其双功能的氧反应活性。这种异质结构复合材料在KOH和H2SO4溶液中都可被用作高效的析氧/氧还原反应（ORR/OER）双功能材料。通过扫描电镜、高分辨透射电镜、拉曼光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱对复合材料进行结构和形貌进行了表征。在KOH溶液中，这些合材料的ORR（0.975 V vs RHE）和OER（1.25 V vs RHE）的起始电位很低。此外，复合材料在硫酸溶液中的ORR（0.92 V vs RHE）和OER（1.2 V vs RHE）也表现出优异的性能。有趣的是，纯氧化石墨烯表现出比之前报道的电催化性能优越的复合材料更好的结果。这种耦合技术提供了更高密度的Fe-C-O晶位和超细Fe-O颗粒，以提高复合材料的电荷转移能力。这种物理化学行为有助于破坏表面和表面的官能团并提供更多易受微波和水热处理影响的活性转移位点。这项研究可能提供有关启用铁的高双功能活性的有用见解，以指导设计用于许多潜在电化学活性的有效催化剂。
图1.（A）0.3Fe3O4@GO，0.6Fe3O4@ GO，0.9Fe3O4@ GO和GO的XRD图谱。（B）0.3Fe3O4@ GO，0.6Fe3O4@ GO，0.9Fe3O4@GO的红外光谱，插图为GO的红外光谱。（C）GO和0.9 Fe3O4@GO的拉曼光谱（纯Fe3O4的插图）。
图2. （A）0.3Fe3O4@GO和0.9Fe3O4@ GO的XPS测量光谱和（B-D）C1s，O1s和Fe 3d区域的高分辨光谱。
图3.（A）GO，（B）Fe3O4和（C）0.9Fe3O4@GO的SEM图像（插图：元素映射）。（D）GO，（E）Fe3O4和（F）0.9Fe3O4 @GO为典型的高清透射电镜图（插图：HRTEM图和选区电子衍射）。
图4.（A）CV曲线。（B）极化曲线，（C）0.3Fe3O4@GO的K-L图，（D）0.3@ Fe3O4@GO的Tafel图，在0.5 M KOH的条件下。
图5. ORR分析图：（A）极化曲线，（B）Tafel斜率，（C）第一个和第500个循环的稳定性图，（D,E）LSV和Tafel斜率用于OER分析。0.5 M KOH。
相关研究成果于2021年由瑞典吕勒奥理工大学，工程科学与数学系材料科学系，实验物理实验室的Kashinath Lellala课题组，发表在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。