還原態氧化石墨烯-樹狀金複合材料(GD/rGO)結構鑑定

本研究以 XPS、Raman、SEM 和 EDS 分析研究，鑑定其結構與 表面型態，首先以 SEM 研究分析，觀察 GD/rGO 複合材料表面之型 態。如圖 3-3 (a)為樹狀金以及(b)還原後的氧化石墨烯覆蓋修飾在樹狀 金電極上之比較圖。從圖中可清楚看到經電化學還原後的氧化石墨烯 在樹狀金上呈現透明皺褶狀，與單獨樹狀金的表面型態比起來相差甚 多；當氧化石墨烯表面官能基進行還原後，使結構中的 sp²變多，可 使導電率(Conductivity)提高，修飾在樹狀金上可以再增加電極整體導 電率。

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圖 3- 3 SEM (a)樹狀金電極(GD), (b) GD/rGO 複合材料。

3.4.2.2 XPS 分析

本 論 文 以 XPS 做 結 構 鑑 定 ， 所 使 用 的 儀 器 是 PHOIBOS Hemispherical Energy Analyzer；藉由 XPS 圖譜來佐證氧化石墨烯(GO) 在樹狀金上還原成石墨烯(rGO)。本論文以 Mg K_α X-ray 之光源，其 能量為 1253.6 eV。

圖 3-4 為樹狀金電沉積在玻璃碳電極 XPS 圖譜，圖 3-4(d)樹狀金 佔據電極表面，金訊號強度甚強，而圖 3-4 (b)氧(~532 eV)及圖 3-4 (c)

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碳(~284.8 eV)訊號極弱，來自於玻璃碳電極及樹狀金表面些許氧化 物。

圖 3- 4 (a)樹狀金電極 XPS 圖譜，(b)氧 O1s訊號峰，(c)碳 C1s訊號峰，

(d)金 Au

圖 3-5 為氧化石墨烯修飾於樹狀金電極 XPS 圖譜，與上圖 3-4 做 比較；由圖 3-5 (b)可知氧訊號峰強度極高，電極表面含有大量氧分子，

此大量氧官能基團在表面有絕緣作用，使氧訊號位移至~533 eV，圖 4-4 (c)碳之訊號峰分裂為兩根，此為碳-氧官能基的鍵結造成且訊號強 度提高並位移至~286.5 eV，證實來自於電極表面之氧化石墨烯⁶⁹。圖 3-5 (d)為來自樹狀金電極之金訊號峰。

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圖 3- 5

(a)氧化石墨烯修飾於樹狀金電極 XPS 圖譜，(b)氧 O

(c)碳 C

圖 3- 6

(a)GD/rGO 複合材料 XPS 圖譜，(b)氧 O

訊號峰，(d)金 Au4f訊號峰。

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經過電化學循環伏安法還原氧化石墨烯後得圖 3-6 (a) XPS 圖譜，

與上圖 3-5 做比較，圖 3-6 (b)氧訊號峰(~532.3 eV)降弱，圖 3-6 (c)碳 訊號峰(~284.7 eV)不再開裂為兩峰且半高寬變窄。證實石墨化程度提 高，已將原本氧之官能基團多數還原。

3.4.2.3 Raman 分析

本論文使用的儀器是 Uni Ram system，利用波長 532 nm 雷射光，

並使用顯微聚焦系統，光斑大小為 1 µm，其輸出功率為 20 mW/cm²。 我們利用拉曼散射光譜分析經過電化學還原的 GD/rGO 複合材料，藉 由參考文獻得知，石墨烯的拉曼光譜在約 1580 cm^-1會有一根稱為 G band 的特徵峰，其振動模式為六方單晶中二維平面碳原子 sp²之間的 偶合，而氧化石墨烯的拉曼光譜在約 1350 cm^-1 會看到一根稱為 D band 的特徵峰，為石墨結構中的缺陷與 sp³鍵所導致的震動模式，值 得注意的是 D band 與 G band 的強度比值，如圖 3-7 (a)所示，G band 強度比 D band 些許高出，反之，電化學還原得到的 GD/rGO 圖 3-7 (b) 則 D band 強度高於 G band，這是由於還原後 rGO 的缺陷程度遠大於 GO。此外，rGO 的 G band 位置相較於 GO(1606 cm^-1)，紅移至 1595 cm^-1， 表示經過還原後碳原子更接近石墨烯的六方網狀結構。⁵⁰

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圖 3- 7 (a) GD/ GO 複合材料，(b)電化學還原之 GD/rGO 複合材料拉 曼散射光譜