製備氮摻雜石墨烯與鈷氧化物複合奈米材料應用於氧氣還原反應：含氮溶劑之影響與比較

張仁懷 ； 廖柏鈞 ； 張元碩 ； 陳軍互

《化工》 65卷3期 (2018/06) Pp. 49-57

https://doi.org/10.29803/CE.201806_65(3).0005

摘要

使用簡單溶液法合成石墨烯與金屬氧化奈米複合材料已經被許多文獻證實其在氧氣還原（oxygen reduction reaction，ORR）反應中十分有效。我們利用兩步驟合成方法製備鈷金屬氧化物與摻氮石墨烯奈米複合材料(cobalt oxide/N-doped graphene nanohybrids, CNG），比較再分別利用水、極性有機溶劑（酒精）、及有機含氮溶劑（二甲基甲醯胺）當作合成溶劑下對所得產物的差異研究。其中利用二甲基甲醯胺合成的材料有極優異的ORR催化效果，歸因於此材料的高氮摻雜比例、奈米粒子高分散性、以及石墨烯獨特的多孔結構。由於二甲基甲醯胺是有效的氮來源，從光譜上也證實二甲基甲醯胺與鈷離子配位形成的錯合物可能會促進氮化。其中分布廣泛的微孔、中孔、巨孔及不同等級的多孔結構，能有效提升ORR的擴散動力學。利用二甲基甲醯胺合成的CNG催化劑，其半波電位與Pt / C相比只有8mV的差異，電子轉移數達到3.96，非常接近白金/碳催化劑的ORR活性，且在鹼性環境下有比Pt/C優異的穩定性。