開發和提高雙功能氧反應電催化劑的效率，以產生更高的電流和更低的過電位是一項具有挑戰性的任務。本文采用微波輔助水熱法將超細的Fe
3O
4納米粒子均勻地修飾在氧化石墨烯（GO）的片層表面，并首次成功地測試了其雙功能的氧反應活性。這種異質結構復合材料在KOH和H
2SO
4溶液中都可被用作高效的析氧/氧還原反應（ORR/OER）雙功能材料。通過掃描電鏡、高分辨透射電鏡、拉曼光譜、X射線衍射和X射線光電子能譜對復合材料進行結構和形貌進行了表征。在KOH溶液中，這些合材料的ORR（0.975 V vs RHE）和OER（1.25 V vs RHE）的起始電位很低。此外，復合材料在硫酸溶液中的ORR（0.92 V vs RHE）和OER（1.2 V vs RHE）也表現出優異的性能。有趣的是，純氧化石墨烯表現出比之前報道的電催化性能優越的復合材料更好的結果。這種耦合技術提供了更高密度的Fe-C-O晶位和超細Fe-O顆粒，以提高復合材料的電荷轉移能力。這種物理化學行為有助于破壞表面和表面的官能團并提供更多易受微波和水熱處理影響的活性轉移位點。這項研究可能提供有關啟用鐵的高雙功能活性的有用見解，以指導設計用于許多潛在電化學活性的有效催化劑。
圖1.（A）0.3Fe
3O
4@GO，0.6Fe
3O
4@ GO，0.9Fe
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4@ GO和GO的XRD圖譜。（B）0.3Fe
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4@ GO，0.6Fe
3O
4@ GO，0.9Fe
3O
4@GO的紅外光譜，插圖為GO的紅外光譜。（C）GO和0.9 Fe
3O
4@GO的拉曼光譜（純Fe
3O
4的插圖）。
圖2. （A）0.3Fe
3O
4@GO和0.9Fe
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4@ GO的XPS測量光譜和（B-D）C1s，O1s和Fe 3d區域的高分辨光譜。
圖3.（A）GO，（B）Fe
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4和（C）0.9Fe
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4@GO的SEM圖像（插圖：元素映射）。（D）GO，（E）Fe
3O
4和（F）0.9Fe
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4 @GO為典型的高清透射電鏡圖（插圖：HRTEM圖和選區電子衍射）。
圖4.（A）CV曲線。（B）極化曲線，（C）0.3Fe
3O
4@GO的K-L圖，（D）0.3@ Fe
3O
4@GO的Tafel圖，在0.5 M KOH的條件下。
圖5. ORR分析圖：（A）極化曲線，（B）Tafel斜率，（C）第一個和第500個循環的穩定性圖，（D,E）LSV和Tafel斜率用于OER分析。0.5 M KOH。
相關研究成果于2021年由瑞典呂勒奧理工大學，工程科學與數學系材料科學系，實驗物理實驗室的Kashinath Lellala課題組，發表在ACS energy and fuels（doi：10.1021/acs.energyfuels.0c04411）上，原文：Microwave-Assisted Facile Hydrothermal Synthesis of Fe
3O
4-GO Nanocomposites for the Efficient Bifunctional Electrocatalytic Activity of OER/ORR。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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