支持信息 还原氧化石墨烯修饰泡沫镍原位负载 MnO 2 对 H 2 O 2 电还原反应 催化性能的研究 宋聪颖孙逊叶克朱凯程魁闫俊曹殿学王贵领 * ( 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨 150001) 对制备的 rgo@ni foam 基体和 MnO 2 /rgo@ni foam 电极的拉曼光谱图进行了测试和分析, 结果如下图 S1 所示 从图中可以看出, 在 rgo@ni foam 基体和 MnO 2 /rgo@ni foam 电极的拉曼光谱图上波数为 1346 和 1591 cm -1 位置处均出现了两个明显的特征峰 它们分别是 D 峰和 G 峰, 其中 D 峰与石墨烯的结构缺陷有关而 G 峰代表的是 C 原子 sp2 杂化的面内伸缩振动 另外, 在 MnO 2 /rgo@ni foam 电极的拉曼光谱图上波数为 635 cm -1 处, 出现了一个特征峰对应于 MnO 2 中 Mn-O 键的伸缩振动 由此可以说明, 经过第二步水热法后, 成功地制备出了 MnO 2 /rgo@ni foam 电极且 rgo 仍然存在于最终的电极中
图 S1 rgo@ni foam 基体和 MnO 2 /rgo@ni foam 电极的拉曼光谱图 Figure S1 Raman spectra of rgo@ni foam and MnO 2 /rgo@ni foam. 我们对 MnO 2 /rgo@ni foam 电极进行了 XPS 测试 图 S2(a) (b) 和 (c) 分别为 Mn2p C1s 和 O 1s 的 XPS 谱图 从图 S2(a) 中可以看出,Mn2p 的谱图上存在两个非常明显的峰位于 653.98 和 642.18 ev 处, 它们分别对应于 Mn2p 1/2 和 Mn2p 3/2 并且这两个峰的自旋能的差值为 11.7 ev, 这一结果表明在该电极中 Mn 的价态为 +4 价, 与文献中报道的 MnO 2 的结果一致 [4, 5] 从 C1s 的谱图中可以看出, C1s 的谱图由三个分别位于 284.5 286.6 和 288.3 ev 处的特征峰组成, 它们对应于 C=C 和 C-C,Mn-O-C,C=O 和 C-OOH[6, 7], 这是由于 GO 没有被彻底还原, 使得 rgo 的表面仍然存在少量官能团 同样, 从图 S2(c) 中可以看出,O1s 的峰被拆分成三个峰, 分别是位于 533.6 ev 的 C-O 位于 531.7 ev 的 Mn-O-C 和位于 529.69 ev 的 Mn-O[8] 根据 XPS 的结果可知,MnO 2 中 Mn O 和 rgo 中的 C 形成了 Mn-O-C 共价键, 这一共价键的形成使得电极材料的结构更加稳定, 并且可以有效抑制 rgo 的堆叠, 也表明了 MnO 2 和 rgo 之间存在协同作用 这种协同作用的存在, 使得制备的 MnO 2 和 rgo 的复合材料形成了导电性更好的网络结构, 因此提高了电极对 H 2 O 2 电还原反应的催化活性 图 S2 MnO 2 /rgo@ni foam 电极的 XPS 谱图 (a) Mn2p (b) C1s (c) O 1s Figure S2 XPS patterns of MnO 2 /rgo@ni foam (a) Mn2p (b) C1s (c) O 1s.
图 S3 MnO 2 @Ni foam 和 MnO 2 /rgo@ni foam 电极在 3 mol/l NaOH 溶液中的循环伏安图 (a) 和 (c) 以及对应的扫速与电流密度的关系图 (b) 和 (d). Figure S3 Cyclic voltammograms (CVs) of MnO 2 @Ni foam and MnO 2 /rgo@ni foam electrodes in 3 mol/l NaOH (a) and (c) within a narrow potential range of -0.75~-0.65 V at different scan rates; plots of the current density of MnO 2 @Ni foam and MnO 2 /rgo@ni foam electrodes (b) and (d) at -0.7 V against the scan rates. 我们对 MnO 2 @Ni foam 和 MnO 2 /rgo@ni foam 电极在 3 mol/l NaOH 溶液中的微分电容进行了计算和比较, 结果如下图 S3 所示 图 S3(a 和 c) (b 和 d) 分别为 MnO 2 @Ni foam 和 MnO 2 /rgo@ni foam 电极在 3 mol/l NaOH 溶液中 -0.75~-0.65 V 电位范围内不同扫速条件下的循环伏安和 -0.7 V 时电流与扫速之间的关系图 根据公式 (1) 和 (2), 其中 A 表示比表面积 ;Cd 表示双电层电容 ;j 表示电流密度 ;
v 表示扫速 ;C* 表示单位面积电容值 根据之前的文献报道 [1,2],C* 的值为 60μF cm -2 dj = C dv A = C d d /C* (1) (2) 结合图 S3, 可知图 S3(b) 和 (d) 中的斜率即为双电层电容值 通过计算得到, MnO 2 @Ni foam 和 MnO 2 /rgo@ni foam 电极的比表面积分别为 44.83 和 62.83 cm 2 由此可以说明,rGO 的添加有效地增大了电极的比表面积, 进而提高了电极对 H 2 O 2 电还原反应的催化性能
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