可扩展缺陷掺杂涡轮层石墨烯的双功能电催化研究

本文报道了一种利用等离子喷涂技术制备缺陷掺杂涡轮层石墨烯的新策略，该材料作为无金属双功能电催化剂，在氧析出反应（OER）和氢析出反应（HER）中表现出优异活性。其纳米级孔洞的边缘悬挂键与涡轮层堆叠结构协同增强了电化学活性位点浓度和导电性，在0.5 M H2SO4中实现OER过电位290 mV@10 mA cm?2和HER过电位370 mV，为碳基催化剂设计提供了新范式。

　　

亮点

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  等离子喷涂成功制备出具有纳米级孔洞和涡轮层结构的缺陷掺杂石墨烯
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  边缘悬挂键和层间错位协同提升电化学活性位点与导电性
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  HG40样品在OER中表现最佳（过电位290 mV@10 mA cm^?2）
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  涡轮层结构促进电子/离子传输和反应物扩散
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  为无金属双功能电催化剂设计提供新策略

结构表征

通过拉曼光谱研究等离子喷涂石墨烯的结构变化。图1a显示HG30、HG35、HG40样品的拉曼光谱对比，所有样品均在～1340 cm^-1（D峰）和～1580 cm^-1（G峰）出现特征峰。～1620 cm^-1处的D‘峰表明等离子体引入的结构缺陷或无序，其强度随功率增加而增强，证实更高能量等离子体可产生更多缺陷。I_D/I_G比值从HG30的0.36增至HG40的0.47，说明缺陷密度随功率上升。2D峰（～2700 cm^-1）的宽化与强度减弱进一步证实涡轮层堆叠的形成。

结论

本研究系统探讨了等离子喷涂在石墨烯中引入纳米孔洞和涡轮层结构的协同效应对双功能电催化活性的影响。孔洞产生的边缘悬挂键作为活性位点，涡轮层结构则提升导电性和反应物传输能力，共同优化水电分解性能。该方法为开发高效石墨烯基双功能电催化剂提供了新思路。