该研究通过酰胺偶联反应合成了与乙二胺（EDA）共价官能化的石墨烯量子点（GQDs），并利用上述GQD设计并改性了一个成功的光催化水分解体系。重要的是，EDA功能化GQDs的析氢反应（HER）活性比裸GQDs高得多，EDA功能化GQD的HER活性与pH成比例地增加，并在pH = 10时达到峰值，这与裸GQD的HER催化速率随pH值变化而降低形成鲜明对比。

　　氢能是新型可再生和生态友好型能源有前途的候选者之一，为了以环保的方式生产氢能，建立光催化水分解体系已经成为研究热点。为避免酸性介质中的光催化剂不稳定的问题和贵金属催化剂的毒性，腐蚀性和低选择性的难题，首尔国立大学先进材料研究所的Soo Young Park研究团队利用乙二胺（EDA）功能化的石墨烯量子点（GQDs）构建了一套稳定的光分解水体系，相关研究成果以“Enhancing the Alkaline Hydrogen Evolution Reaction of Graphene Quantum Dots by Ethylenediamine Functionalization”为题发表于ACS Applied Materials Interfaces。

首先，作者分别制备了氧化石墨烯（GO）和石墨烯量子点（GQD），并通过XPS、拉曼和HR-TEM等几种结构和光谱分析对GO和GQD进行了表征，证实了GO成功合成并转化为GQD。接下来，作者对乙二胺功能化的石墨烯量子点（GQD-EDA）进行了表征。TEM表明GQD-EDA颗粒的尺寸分布在6至8nm之间，与原始GQD的尺寸分布几乎相同，HR-TEM清楚地显示出与石墨烯（1120）面内晶格间距相关的晶格间距为0.24nm的晶体结构。结合XRD分析，作者认为EDA功能化后核心GQD结构的物理性质没有显着变化。FT-IR和XPS光谱证明了GQD与EDA共价功能化，而拉曼光谱证明EDA功能化后产生了结构缺陷状态。

作者测量了用不同量的EDA合成的GQD-EDA样品的光催化HER活性，结果表明，EDA功能化显著提高了GQD的HER性能，其中EDA占比为16.2 wt%（GQD-5EDA与0.5 mL EDA合成）的GQD-EDA具有光催化性能。从pH依赖性结果来看，碱性溶液中GQD-EDA催化HER的活性增强远远大于中性溶液。这意味着EDA功能化可以通过提供作为额外水解离位点的伯胺位点来帮助GQD在碱性溶液中有效地产生氢气。

有意思的是，作品从亲水性、电化学特性和电荷分离性能等角度对GQD-EDA催化HER的过程进行了分析。首先，EDA功能化降低了水接触角，这意味着EDA的伯胺容易吸附水分子为提高催化效率提供了物质基础；其次，电催化结果明显表明，EDA功能化通过提供额外的水解离位点和促进电荷分离，可以显著促进HER并提高光催化效率；通过对GQD和GQD-EDA在420nm发射波长下的荧光寿命进行测量直接证明了EDA功能化有助于改善GQD的电荷分离性能。

进一步地，作者研究了胺基团距离GQDs对HER性能的影响。结果表明，无论其链长如何，胺基团的引入都可以改善HER性能。值得注意的是，随着链长度的增加，HER性能下降，GQD-EDA显示出比其他样品更高的HER性能。作者将这一现象解释为，当吸附的水分子远离GQD时，它们变得更加难以接收电子。

　　总之，作者通过GQD的羧基与EDA胺之间的酰胺键形成反应，成功地合成了具有EDA功能化的GQDs。与纯GQD相比，GQD–EDA表现出光催化HER性能的增强。这项工作不仅展示了一种简单而有前途的策略，可以在碱性溶液中设计一种高效的无金属光触媒材料，还为碳点基催化材料的应用开拓了更加广阔的前景。

信息来源：公众号【材料科学与工程】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。

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