纳米石墨烯，作为一种低成本、环保、导电性优异且易于规模化合成的材料，在ORR领域备受关注。它有望取代昂贵的贵金属催化剂，为能源转换和储存系统降低成本。本文综述了纳米石墨烯在ORR应用中的基本化学和物理性质，以及缺陷、尺寸、掺杂等因素对其性能的影响。

一、纳米石墨烯的基本性质

纳米石墨烯具有独特的二维结构，使其在ORR中表现出优异的性能。其高效的电荷传输和优化的中间体吸附能力，为氧还原反应提供了良好的催化活性。

二、缺陷、尺寸和掺杂的魅力

1. 缺陷效应：纳米石墨烯中的缺陷部位可以改变电荷分布，提高催化活性。

2. 尺寸效应：不同尺寸的纳米石墨烯具有不同的电子结构和催化性能。

3. 掺杂效应：引入异原子掺杂，可以进一步优化纳米石墨烯的催化性能。

4. 协同效应：缺陷、尺寸和掺杂三者相互作用，共同提升纳米石墨烯的ORR性能。

作者：

Liqiang Mai，武汉理工大学首席教授。他在太原理工大学、桂林工学院和武汉理工大学完成学业，获得博士学位。曾在哈佛大学和佐治亚理工学院做研究。研究领域为纳米能源材料，获得多项荣誉，包括何梁何利基金科学与技术创新奖。

参考文献：

Bin Wu, et al. Structural Modulation of Nanographenes Enabled by Defects, Size and Doping for Oxygen Reduction Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2024. https://doi.org/10.1002/anie.202415071

信息来源：燃料电池学术前沿

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。