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杂原子掺杂是一种有效改善石墨烯性质的方法,并且极大的拓宽了石墨烯的应用范围,开辟了碳材料新的研究领域。本文以氧化石墨烯(GO)为前驱体,采用不同的方法制备杂原子掺杂石墨烯,并对其结构和性能进行了系统的研究。主要工作如下：(1)氮掺杂石墨烯(nG)的制备及性能研究。采用两步热解法,用尿素掺杂GO得到N掺杂的还原氧化石墨烯(RGO),通过控制反应温度制备了具有不同氧还原反应(ORR)电催化活性的N掺杂的还原氧化石墨烯。透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)结果显示制得的nG表面褶皱和重叠增加。采用X射线光电子能谱(XPS)证明了氮元素以吡啶N、吡咯N和石墨化的N三种形式成功掺杂在石墨烯中,最高含量为6.6at%。通过循环伏安(Cv)和旋转圆盘电极(RDE)测试了nG的电化学性能,结果表明,nG在酸性电解质中对ORR有着较高的催化活性,起始电位在0.1V左右,电催化还原氧气时主要为四电子反应且相对商用的Pt/C催化剂有着更好的电化学稳定性,其中第一步热解温度为200℃制得的nG催化性能最好。(2)硫掺杂还原氧化石墨烯(S-RGO)的制备及性能研究。选用Na2S作还原剂和掺杂剂与GO制备S掺杂的石墨烯,通过控制水热反应温度制备了具有不同ORR电催化活性的S掺杂石墨烯。红外、拉曼和TGA测试结果表明,随着水热反应温度的升高,石墨烯的还原程度逐渐增大,热稳定性逐渐增强。通过TEM和SEM表征,发现S-RGO比GO有更多的褶皱和重叠。XPS测试结果显示S-RGO-180中硫元素含量为4.19at%,其中硫元素以C-S-C形式掺杂入石墨烯二维网平面中。电化学测试结果表明,随着水热反应温度的升高,RGO及S-RGO的导电性逐渐增强,ORR电催化活性逐渐提高。其中S-RGO-180的可逆性最好,有着最高的电化学活性和ORR电催化能力。