化学进展

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石墨烯在析氢电催化剂中的应用

张一鸣, 郭建平, 张家乐, 郑奥文, 王艳艳, 田广科

化学进展, 2024, 36(5): 633-644. DOI: 10.7536/PC230905

图4 N、S共掺杂石墨烯（NSG）（a）和等离子体刻蚀的N, S共掺杂石墨烯（P-NSG）（b）的低倍TEM图像；NSG（c）和P-NSG（d）的高放大倍率TEM图像；NSG（e）和P-NSG（f）的SAED图；（g）P-NSG合成过程示意图^[44]

本文的其它图/表

图1 2018—2022年发表的石墨烯基析氢电催化材料相关的SCI论文的数量
图2 （A）Pt-CNSs/rGO纳米复合材料的形成机理示意图；（B）Pt-CNSs的透射电子显微镜（TEM）照片，插图：（a）Pt-CNSs的高分辨透射电子显微镜照片（HRTEM）和（b）傅里叶变换（FFT）图；（C）Pt-CNSs/rGO纳米复合物的TEM照片；Pt-CNSs/rGO纳米复合物（D）和Pt-CNSs（E）在充满N₂的 0.5 M H₂SO₄中以 5 mV/s的扫描速率转速为1000 r/min的HER极化曲线和电化学阻抗谱；（D）中插图为Tafel曲线^[17]
图3 （A）在含有石墨烯片的溶液中合成MoS₂/GO的示意图；（B）及插图分别是MoS₂/rGO复合物的扫描电子显微镜照片（SEM）和TEM照片；（C）在不含石墨烯片的溶液中合成MoS₂的示意图；（D）及插图MoS₂纳米颗粒的SEM照片和TEM照片；（E）及插图TEM图像显示了复合物中rGO基体上的MoS₂颗粒的褶皱边缘；（F）HRTEM图像显示具有高度暴露的边缘的纳米尺寸MoS₂堆叠在rGO片上；几种催化剂的极化曲线（G）和Tafel图（H）^[26]
图5 （a） CoFeP和（b） CoFeP/rGO的SEM照片；CoFeP/rGO的TEM（c），HAADF-STEM（d）和成分面扫描图（e~i）；CoFeP和CoFeP/rGO在0.5 M H₂SO₄溶液中的HER性能：（j）HER极化曲线；（k）过电位柱状图；（l）Tafel斜率；（m）电容电流密度；（n）奈奎斯特图；（o）CoFeP/rGO在0.076 V电势下的电流i-时间t曲线^[67]
图6 CoP/G⁞GQD、CoP/G和商业Pt/C的线性伏安（LSV）曲线（A）和Tafel图（B）；（C）CoP/G⁞GQD和CoP/G在200 mV过电位下在10⁶到1 Hz的频率范围内测量的奈奎斯特图；（D）CoP/G⁞GQD在-0.17~+0.01 V之间2 mV/s的扫描速率下，经过100 mV/s的2000个CV循环之前和之后的LSV曲线，插图：在91.3 mV的过电位下CoP/G的稳定性测试；（E）CoP/G⁞GQD的合成过程示意图^[77]
图7 三维MX/CN/RGO纳米结构的形态、微观结构和HER性质：（a）和（b）SEM照片，（c）和（d）TEM照片，（e）高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）照片揭示了Ti₃C₂T_x、g-C₃N₄纳米片和石墨烯成功集成到3D互穿框架中；（f，g）HR-TEM晶格条纹像；（h）LSV和（i）Tafel 曲线 ^[82]
图8 石墨烯包裹的CoNi纳米颗粒（CoNi@NC）的HRTEM照片（a，b）以及结构示意图（c）；（d）包裹金属纳米颗粒的石墨烯的层数统计柱状图；（e~h）HAADF-STEM图像和成分面分布图^[83]；（i）各种催化剂上的氢吸附自由能（ΔG(H^*)）；（j）CoNi团簇、CoNi@C和N掺杂石墨烯壳（Ncarbon）中极化电流（i₀）与ΔG(H^*)之间关系的火山图^[83]
表1 石墨烯基电催化剂材料的析氢电催化性能总结

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