多功能掺氮钯石墨烯实现高效的氧气还原和过氧化氢还原反应

《ACS Applied Nano Materials》：Multifunctional Palladium Incorporated Nitrogen-Doped Graphene Enables Efficacious Oxygen Reduction and Hydrogen Peroxide Reduction Reaction

Pd-N-NGO复合材料通过化学还原法合成，具有优异的氧还原活性和过氧化氢传感性能，结构中氮掺杂增强Pd分散与锚定，提升催化活性和传感器稳定性。

　　

本研究报道了一种掺钯的还原氧化石墨烯（Pd-NGO）复合材料的设计，该材料作为一种多功能材料，既可用于氧还原反应（ORR），也可用于非酶促H₂O₂传感。Pd-NGO是通过简单的化学还原方法使用PdCl₂合成的，过程中未使用封端剂或稳定剂。结构表征证实了Pd纳米颗粒（尺寸为3–8 nm）在氧化石墨烯（NGO）片层上的均匀分散，以及它们与氮掺杂剂的强相互作用。XPS和拉曼分析结合密度泛函理论（DFT）计算表明，石墨烯边缘的吡啶氮（pyridinic N）位点起到了稳定的锚定作用，使Pd的d带中心向上移动了+0.27 eV，从而增强了氧的吸附能力，并在碱性介质中促进了有利于4电子氧还原反应的路径。同时，吡咯氮（pyrrolic N）有助于提高纳米颗粒的稳定性和长期耐用性。除了催化活性外，Pd-NGO还被集成到丝印电极中，开发出一种非酶促H₂O₂传感器，该传感器表现出较低的检测限（260 μM）、良好的灵敏度（0.055 μA μM^–1cm^–2）、优异的选择性、重复性和稳定性。这种材料具备可扩展的合成方法、优异的氧还原活性以及稳健的电化学传感性能，使其成为可持续能源转换和实际分析应用中的多功能平台。