Page 188 - 《精细化工》2022年第12期

·2554· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

和对电极的渗透，有利于增强材料的电化学性能 [30] 。
为了分析 Cu 2 O/rGO 复合材料的氧还原性能，
并评估其作为阴极修饰材料的可行性，对其在
0.1 mol/L PBS 溶液中的 CV 曲线进行了测试，结果
见图 4。

图 4 Cu 2 O/rGO 复合材料的 CV 曲线
Fig. 4 CV curves of Cu 2 O/rGO composites

由图 4 可知，Cu 2 O/rGO 复合材料具有氧化还原

峰，其氧化峰电压（E o ）和还原峰电压（E r ）大约
图 2 Cu 2 O/rGO 复合材料的 XPS 全谱图（a）、Cu 2p（b）、
为–0.10 和–0.43 V（vs. SCE），对应的氧化电流（i o ）
O 1s（c）和 C 1s 的高倍率谱图（d）
Fig. 2 Full XPS spectra (a), high-resolution XPS spectra 和还原电流（i r ）和分别为 106.03 和–98.49 μA，则
of Cu 2p (b), O 1s (c) and C 1s (d) of Cu 2 O/rGO 两者之比为 1.08，基本接近 1，说明 Cu 2 O/rGO 复合
composites
材料具有良好的氧还原可逆性，即制备的 Cu 2 O/rGO
图 3 为 Cu 2 O/rGO 复合材料的氮气吸附-脱附曲 复合材料可作为电化学反应的阴极修饰材料。
线和孔径分布图，用来了解 Cu 2 O/rGO 复合材料的 2.2 Cu 2 O/rGO 阴极电化学性能
孔结构、孔体积和孔径分布情况。 为了研究经 Cu 2 O/rGO 复合材料和 Pt/C 修饰后
的 MFC 阴极界面反应和电子传递阻抗的变化，分别
对 Cu 2 O/rGO 阴极和 Pt/C 阴极进行了 Tafel 和 EIS
测试。图 5a 为 Cu 2 O/rGO 阴极和 Pt/C 阴极的 Tafel
曲线。由图 5a 可以发现，在–0.05~2 V 过电压区间
2
与极限电流密度进行拟合（R >0.99），通过计算得
2
–3
出 Pt/C 阴极的交换电流密度（j）为 2.24×10 A/cm ，
–3
2
而 Cu 2O/rGO 阴极的交换电流密度为 3.31×10 A/cm ，
较 Pt/C 阴极升高了 47.77%，表明 Cu 2 O/rGO 阴极表
面反应所需的活化能较 Pt/C 阴极低，且反应速率
快 [31] 。另外，有研究称 Tafel 斜率越小，表明电极与

图 3 Cu 2 O/rGO 复合材料的氮气吸附-脱附曲线和孔径分 电子受体之间的电荷交换越频繁 [32] 。Cu 2O/rGO 阴极
布图 Tafel 斜率（0.39 mV/dec）小于 Pt/C 阴极 Tafel 斜率
Fig. 3 N 2 adsorption-desorption isotherms and pore diameter （0.44 mV/dec），说明 Cu 2O/rGO 阴极具有较快的电荷
distributions of Cu 2 O/rGO composites
交换频率，同时也具有良好的电化学性能。
由图 3 可知，当相对压力 p/p 0=1.0 时，Cu 2O/rGO 图 5b 为 Cu 2 O/rGO 阴极和 Pt/C 阴极经 Zview 软
3
复合材料的吸附量为 8.56 cm /g，使用 BET [29] 方法计 件拟合后的 EIS 曲线，用来评价电子在其表面的转
算得出 Cu 2 O/rGO 复合材料的比表面积和平均孔体 移效率。EIS 曲线是由一个半圆弧和一条直线组成，
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3
积分别为 374.15 m /g 和 0.35 cm /g，孔径主要集中 半圆与水平轴之间的左交点对应的值是溶液内阻 R s
分布于 2.77~6.81 nm 之间。基于密度泛函理论的计 （Ω），半圆的直径对应电荷转移阻抗 R ct （Ω），直
算结果表明，Cu 2 O/rGO 复合材料的孔隙属于介孔， 线的斜率对应于扩散阻抗 W o （Ω），CPE（μF/cm ）
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且具有较宽的孔径分布，并且有利于电解质的迁移 为常相位角元件。由图 5b 可知，Cu 2 O/rGO 阴极的