X-ray 粉末分析儀( XRD )分析

圖 4-4 為 XRD 測試結果，由圖中可以看出符合氧化石墨烯特徵的 訊號約在 11 ⁰，在經由水熱法及後續的高溫處理後可發現訊號再轉移至 25.6 ⁰。這樣的結果表示該含氧官能基可大部分的被除去，由此可證明 還原反應的成功。藉由布拉格繞射公式

n λ = 2 d sinθ

圖.4- 4 XRD 測試(GO, N-GA)

在後續與 FePc 材料的複合反應過程，也可由圖 4-5 中觀察，可利用 純 FePc 特徵峰值及數據資料庫中對應於 α-FePc 之 JCPDS No.022-1771

前述布拉格繞射公式來堆導出晶格間距的增加，表示可藉由石墨烯表面 來達到 FePc 分子的分散。而其中在 FePc/N-GA 約 13.8 ⁰有出現訊號，

其來源為利用π-π 作用力錨定於石墨烯表面產生堆疊的 FePc 分子所造 成⁷⁴，相較於配位鍵結的 FePc/N-GA 材料，其堆疊現象明顯減少，證明 了兩材料間 FePc 分子與石墨烯表面作用力的改變。

圖.4- 5 XRD 測試(FePc 修飾)

4.3 高解析電子能譜圖分析儀( XPS )

圖 4-6 為對實驗中各種材料所進行的 XPS 的全譜圖測試，圖中可以 觀察到在 C、N、O、Fe 等元素的訊號變化，其中在 O 1s 部分可以觀察 到隨著由 GO 為前驅物進行的水熱還原及高溫熱處理，該訊號比例隨著 GO  GA  N-GA 的反應途徑遞減，證明了還原過程中含氧官能基的 脫去，在 N 1s 部分也能夠觀察到在經由添加乙二胺為氮源的水熱法所 製得的 GA 產物相較於其前驅物 GO 有所增加，而經過了高溫處理後該 N 1s 訊號比例的下降也可能來自結構中部分含氮官能基的除去，這部分 可參考章節 3.3.2 之圖 3-2 的三維結構形成機制中石墨烯結構間的含氮 官能基鍵結，其在高溫處理過程中可能產生脫離石墨烯或改變其氮摻雜 結構而造成的損失。在後續的 FePc 的複合中也可明顯觀察到 N 1s 及 Fe 2p 部分訊號的增加，來自於所修飾的 FePc 分子。

圖.4- 6 XPS 全譜圖

本實驗在 XPS 對於各材料的解析中主要是觀察 C、N、Fe 三種元素 在各自不同的鍵結中呈現的束縛能進行判別。在 C 1s 的部分中主要觀 察的有 C-C/C=C (284.4~285.6 eV)、C-O (285.8~286.7 eV)、C=O

(287.1~287.9 eV)、O-C=O (288.8~290.2 eV)等鍵結，在 N1s 的部分觀察 的是 Pyridinic N (398.4~399 eV)、Pyrrolic N (399.5~400 eV) 、Graphitic N (401~403 eV)等峰值。製備石墨烯氣凝膠的過程中除了材料三維型態 的確定外，主要是將氧化石墨烯還原為可導電的石墨烯表面及氮原子的 摻雜，由下圖 4-7 中可以在 C 1s 的測試中可以觀察到還原過程

GOGAN-GA 中碳氧鍵結的變化，明顯在含氧官能基的鍵結部分分 別在水熱及高溫還原兩製程後都有明顯下降的趨勢，由此可證明兩步驟 還原反應的成功。

圖.4- 7 XPS 測試 C 1s

而在實驗過程中氮摻雜的形式則可經由 N 1s 的測試來進行觀察，

首先在 N-GA 碳材料的合成中如圖 4-8，先藉由水熱法合成之 GA 可得 到多屬 Pyrrolic 形式的氮摻雜，其中於 406.5 eV 出現之峰值可歸類於 N-O 間鍵結所造成，可能來自於水熱法中乙二胺與氧化石墨烯表面含氧官

Pyridinic 及 Graphitic 兩種形式，除了可證明了氮摻雜形式的可調控性 外，該兩種氮摻雜形式於催化鋰氧電池 ORR 及 OER 反應也較 Pyrrolic 形式更具優勢。

圖.4- 8 XPS 測試 N 1s

在最後的 FePc 材料的複合部分，藉由與材料 FePc/N-GA 的訊號觀 察比較利用π-π 作用力以及在配位鍵結存在下不同的的複合方式，在 XPS 測試中的差異，如圖 4-9，在圖中可觀察到相同在 Fe 2p 部分的測 試中於訊號 Fe 2p3/2的位置發生位移的現象，在配位鍵的影響下峰值由 709 eV 位置偏移至約 711 eV，與文獻描述相符²¹，故也可藉由此部分來 證實材料合成的成功性。

圖.4- 9 XPS 測試 Fe 2p