氮和硫共掺杂三维石墨烯纳米网孔的结构分析

以上研究结果发现，这种独特的石墨烯纳米网孔结构能显著增强其组装体的电学以及电化学性质。因此，N-GMF作为一种新型的功能材料，也能应用到其他的电催化体系，如氧还原反应［14］。由于共掺杂的石墨烯能够进一步提高其电催化活性［15，16］，因此还将硫元素引入N-GMF，制备出了N-SGMF材料。

进行S原子掺杂之后，所得到的N-S-GMF依然表现出了和N-GMF类似的三维网络结构（图5.5（a）（b）），其密度约为5.0 mg·cm-3。如图5.5（c）和图5.5（d）所示，从其高分辨的SEM和TEM可以看出，N-S-GMF表现出了与N-GMF相类似的孔状结构及孔分布情况。经过BET的测试，N-S-GMF的比表面积为405 m2·g-1，孔隙率为99.77%。以上结果表明S原子的引入并未对三维石墨烯的结构造成任何影响。

同时，也对N-S-GMF进行了元素分布的测试。从图5.6（a）可以更清楚地看到，纳米孔的分布非常均匀，几乎覆盖了整个石墨烯片子的表面。图5.6（b）揭示了N-S-GMF样品中N和S元素的分布情况。从图中可以看出N和S原子已经成功引入了石墨烯的骨架中，并且充满整个石墨烯的平面。从XPS谱图（图5.6（c））可以看出，除了C和O元素的峰以外，N-S-GMF样品还表现出了明显的N 1s（400 eV）和S 2p（164 eV和288 eV）的特征峰。N 1s的高分辨谱图和N-GMF几乎一样（图5.2（g））。S 2p特征峰的出现主要来自C—S的结合能，从S 2p的高分辨谱图中并没有看到与S相关的氧化物特征峰，说明这种掺杂方式能够非常有效地将S原子引入石墨烯的骨架结构中。经过计算，N-S-GMF中N和S的原子含量分别为5.1%和0.99%，这与单原子掺杂N的含量差不多（6.7%）。

图5.5　N-S-GMF的形貌表征(www.xing528.com)

（a）（b）N-S-GMF样品的宏观照片和SEM图；（c）为（b）的放大图；（d）N-S-GMF的TEM图，插图为单个孔洞的高分辨TEM图

图5.6　N-S-GMF的结构分析和元素组成表征

（a）N-S-GMF的STEM图；（b）C、N和S元素的分布图；（c）N-S-GMF的XPS谱图（左）及N 1s和S 2p的高分辨谱图。标尺：（a）500 nm；（b）50 nm