通過堆疊的石墨烯納米片，復雜電解質的擴散限制了它們的電化學性能。作為一種潛在的解決方案，本研究探索了氮摻雜石墨烯量子點 (NGQDs) 在誘導多孔氧化石墨烯 (hGO) 納米片上3D多孔取向方面的潛力。用于相分離輔助組裝的NGQDs和反溶劑的尺寸經過優化，以實現3D納米多孔網絡。該納米網絡作為hGO多孔取向的軟模板，形成3D分層多孔碳結構。受益于3D框架的孔隙率，從根本上避免了π-π重堆疊，提供了高電解質傳輸速率。此外，NGQDs的摻雜氮和J型聚集有效地調整了能帶結構，以實現低過電位下的電荷轉移。復合結構增強的電催化活性和極低的電荷轉移電阻歸因于增強的電極/電解質界面和多維電荷和電解質傳輸。基于多孔復合結構的對電極在染料敏化太陽能電池中顯示出 78% 的光伏性能增強（與未改性的石墨烯相比），這與Pt電極的性能相當。所提出的 3D 多孔取向可用于新興的電催化應用，例如超級電容器、水分解和電池電極。
Figure 1. 實驗設計示意圖。
Figure 2. 由 (a) GD-1、(b) GD-10、(c) GD-50 和 (d) NGQDs（混合物）形成的抗溶劑輔助組件的 SEM 顯微照片。
Figure 3. 通過 GD-1 的相分離，形成hGO的高度多孔組裝：（a）低分辨率圖像顯示微孔網絡（插圖比例尺 1 mm）和（b,c）GD-1和hGO的高分辨率形態（插圖的比例尺 100 nm）。（d）復合材料的分層多孔組裝顯示微孔和介孔結構。
Figure 4. 使用循環伏安圖評估電催化活性：（a）rGO、hGO和NGQDs@hGO的比較，（b）不同尺寸NGQDs的比較，以及（c）取向的影響。定向GD-1@hGO（d）在不同掃描速率和（e）50個循環下的循環伏安圖。（f）GD-1@hGO與Pt涂覆FTO玻璃電極的電催化活性比較。
Figure 5. (a) rGO、hGO、NGQDs@hGO和Pt電極的奈奎斯特圖（插圖：RCT的變化）。(b) NGQDs@hGO的奈奎斯特圖。(c) 碳電極的J-V曲線，以及 (d) 優化樣品與Pt電極的比較。
Figure 6. (a) NGQDs中的相分離機制和相關多孔取向的示意圖。(b,c,d) GD-1、GD10和GD-50中形成的聚集體的TEM分析；插圖顯示了NGQD組裝機制的示意圖。(e) 不同尺寸NGQDs中聚集動力學的近似值，以及干燥后組裝的差異。
相關研究成果于2021年由漢陽大學Sung Hoon Jeong課題組，發表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.09.031）上。原文：Graphene quantum dots induced porous orientation of holey graphene nanosheets for improved electrocatalytic activity。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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