仪器测试条件优化方案

采用扫描电子显微镜（JSM-7500F）和透射电子显微镜（7650 B，日立）进行形貌及结构表征。氮气吸附实验采用美国麦克仪器公司的TriStarⅡ3020在温度为77 K的条件下进行测试。在测试之前，样品先在300 oC下进行3 h的预处理。样品的比表面积是通过布鲁诺尔-埃米特-特勒（BET）对其吸附等温曲线进行分析所得到的。X射线光电子能谱的测试在ESCALab220i-XL型光电子能谱分析仪上进行。采用岛津AGS-X装置进行力学性能测试，将样品切成直径为1 cm，高度为4 mm的圆柱体放于装置中，设定压缩速度为1 mm·min-1。

超级电容器的测试：采用CHI660D（上海辰华）进行三电极和两电极体系的循环伏安（cyclic voltammogram，CV）曲线及充放电曲线的测试。对于三电极体系，工作电极的制备：用导电胶将厚度为1 mm的GF样品与铂片（1 cm×1.5 cm）连接在一起。铂丝和Ag/AgCl（3 mol·L-1 KCl）电极分别作为对电极和参比电极。采用1 mol·L-1的LiClO4作为电解液。CV测试和充放电测试的电压范围为0～0.8 V。扫速设为10 mV·s-1、50 mV·s-1、100 mV·s-1。对于两电极体系，两片GF样品（厚度均为1 mm）作为工作电极，用浸泡了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐溶液的滤纸作为绝缘层。两个金箔作为电流接收器。CV测试和充放电测试的电压范围为0～1 V。扫速设为30 mV·s-1、300 mV·s-1、500 mV·s-1。三电极及两电极体系样品的比电容参照之前报道的文献计算［18，19］。

氧还原反应性能测试：采用标准三电极系统的CHI760D电化学工作站（上海辰华）进行旋转盘电极和旋转环盘电极测试，使用铂丝和Ag/AgCl（3 mol·L-1 KCl）电极作为对电极和参比电极，测试过程中所用的电解液为0.1 mol·L-1 KOH溶液。工作电极的制备是将GF（约3μg）的样品置于玻碳电极（面积为0.25 cm2）上面，然后再滴加5μL全氟磺酸-聚四氟乙烯溶液（5%），在空气中晾干。商业铂/碳催化剂（Pt/C，约3.3μg）的制备过程同上。扫速为50 mV·s-1。反应过程中的氧气和氮气用于制作氧饱和溶液和氮气饱和溶液。另外，RDE和RRDE转移电子数的计算方法与第2章的2.2.6小节相同，具体如下所示：

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=96485 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。

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。