氧还原性能测试与拉曼光谱仪器分析

采用JEM-2010透射电子显微镜（TEM）和Veeco D3100型原子力显微镜对样品进行形貌表征。采用荷兰飞利浦PW-1710型衍射仪（X射线源为Cu Kα，采用波长为0.154 nm）进行X射线衍射谱（XRD）的测试。采用布鲁克傅里叶变换红外（FT-IR）分光计（Equinox 55/S）测试FT-IR吸收光谱，并采用溴化钾压片。使用英国RM 2000型仪器（选择波长为514.5 nm的激光器）测试拉曼光谱。选用5300pc型吸收光谱仪测定紫外-可见吸收光谱，采用SPEX公司的Flourolog-3型荧光光谱仪（狭缝宽度为0.5 mm）测试发射光谱。X射线光电子能谱（XPS）的测试在ESCALab220i-XL型光电子能谱分析仪上进行。

样品的氧还原性能测试：采用标准三电极系统的CHI660D电化学工作站（上海辰华）进行CV测试。直径0.5 mm的铂丝和Ag/AgCl（3 mol·L-1 KCl）作为对电极和参比电极。工作电极的制备是将N-GQDs/graphene（约20μg）的样品置于玻碳电极（GC，直径为3 mm）上，然后再滴加5μL全氟磺酸-聚四氟乙烯溶液（Nafion，1%），在空气中晾干。对照样品GQDs/graphene和商业铂/碳（Pt/C）制备过程同上。使用CHI760D工作站（上海辰华）控制旋转盘电极（RDE，面积为0.19 cm2）和旋转环盘电极（RRDE，盘的面积为0.25 cm2，环的面积为0.19 cm2）的测试。扫速为10 mV·s-1。测试过程中所用的电解液为0.1 mol·L-1 KOH水溶液。测试电压窗口为-0.8～0.2 V。反应过程中的氧气和氮气用来制作氧饱和溶液和氮气饱和溶液。

转移电子数（n）是由Koutecky-Levich方程进行计算的，公式如下：

其中，jk为动力学电流；B为Levich斜率：(www.xing528.com)

其中，n为还原单个氧气分子所转移的电子数；F为法拉第常数（F=96 485 C·mol-1）；DO2为氧气在0.1 mol·L-1 KOH溶液中的扩散系数（DO2=1.9×10-5 cm2·s-1）；ν为KOH的动力学黏度（v=0.01 cm2·s-1）；CO2为氧气在溶液中的浓度（DO2=1.2×10-6 mol·cm-3）。当电极的旋转速度由转速（r·min-1）表示的时候，采取常数0.2作为系数［10］。

n也可以通过RRDE的测试进行计算，公式如下：

HO2ˉ的氧化率（%）可以通过下面公式进行计算：其中，Id和Ir分别为电极测试过程中的盘电流和环电流；N为铂-环电极的电流收集效率［10］。