g-C3N4/双钙钛矿复合材料的制备及氧催化性能

王 成 黄红霞 肖 阳 梁大铭

(桂林理工大学，广西电磁化学功能物质重点实验室，桂林 541004)

随着社会的发展，日益严重的能源危机威胁着人类正常的日常生活。为了解决能源问题，各国政府和研究学者都在寻找开发新能源如太阳能、风能、核能、地热能等，但是由于设备制造成本高，易受自然地理条件的限制，并不能安全有效的解决能源危机［1-2］。因为电池比容量高、电能利用率高、安全无污染、充放电循环性能好而成为目前研究热门［3-5］。目前制约电池发展的因素之一是在强碱性环境中电池反应所需要的阴极催化剂催化活性不高，因此寻找高效稳定的阴极催化剂材料就成为研究方向之一［6-8］。在强碱性环境中贵金属作为阴极催化剂，具有优秀的氧催化性能，但是由于其提炼困难，价格昂贵，不适合商业化推广，只能在实验室阶段研究［9-11］。目前非贵金属催化剂有望替代贵金属作为氧反应的催化剂，钙钛矿型复合氧化物具有价廉、催化活性高、有较高的电子导电性、可供选择的元素和可掺杂的元素及比例都很丰富的特点，并且在电解质为碱性溶液时，催化比较稳定、耐腐蚀，被认为是一种高效稳定的阴极催化剂［12］。钙钛矿型氧化物有2种类型，一种是单钙钛矿ABO3，另一种是双钙钛矿A2B2O6，A位为稀土离子，B位为过渡金属离子。A位B位离子相互调控，可以形成钙钛矿本身氧缺陷，提升氧还原和氧析出的催化活性［13-14］。目前双钙钛矿主要用于中温固体燃料电池以及作为燃烧催化剂和磁性研究方面，双钙钛矿B位过渡金属离子，具有一定的可取代性，产生氧空穴或过渡金属氧化物价态变化而形成缺陷，改变氧的吸附脱附性质，提高催化性能［14］。 双钙钛矿是 Falcón 等［15］首次利用柠檬酸分解法合成双钙钛矿Sr2FeMoO6，并作为甲烷高温燃烧催化剂。Brieuc等［16］对双钙钛矿GdBaCo2O5.5的研究发现其不仅可以用作固体氧化物燃料电池中，而且在质子传导燃料电池中也是非常有效的阴极材料。Imanishi等［17］研究 La1-xSrxMO3(M=Fe，Mn，Co)不同的掺杂比例和不同的元素取代对ORR和OER的催化活性，发现不同镧掺杂的La1-xSrxMO3的氧还原和氧析出催化活性接近贵金属催化剂。于文婉等［18］研究了La1-xSrxCoO3不同比例Sr掺杂对氧催化的影响，并与α-MnO2复合后研究ORR、OER催化性能，取得了不错的催化效果。Sun等［19］制备出 La0.6Sr0.4Co1-xNixO3研究不同 Ni掺杂比例对ORR和OER的催化活性，发现Ni掺杂能够提高其催化活性。Zhao等［20］研究了双钙钛矿型氧化物La1-xSrxFeCoO6(x=0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0)作为氧载体来催化氧还原反应，进而研究不同比例的Sr掺杂对氧还原反应的影响。

目前单一的双钙钛矿催化剂氧催化效果不理想，因此我们通过改性添加另一种氧催化剂来提高催化活性。Zhao等［21］报道了使用多层石墨烯负载钙钛矿Ba0.95La0.05FeO3-δ形成复合催化剂作为OER催化剂，电化学结果显示复合催化剂表现出更高的电流密度和更负的起始电位，并且改善了稳定性。本文使用高比表面积且层间空隙中有可移动电子的g-C3N4，与双钙钛矿复合制备成不同类型的复合催化剂用于常温环境下的氧催化反应。复合催化剂的协同催化效应有利于催化剂内部电荷的传导，从而提高氧催化活性［22-23］。通过溶胶-凝胶法制备出不同Ni掺杂比例的Sr2NixCo2-xO6双钙钛矿型氧化物，热处理法制备出层状结构的纳米颗粒g-C3N4，并将两者复合应用于双功能氧电极中，考查其ORR与OER催化性能。

1 实验部分

1.1 试 剂

分析纯试剂：硝酸锶(西陇化工股份有限公司)，六水合硝酸钴(西陇化工股份有限公司)，硝酸镍(西陇化工股份有限公司)，一水合柠檬酸(西陇化工股份有限公司)，氨水(西陇化工股份有限公司)，无水乙醇(西陇化工股份有限公司)，异丙醇(西陇化工股份有限公司)，碳黑Vulcan XC-72R(深圳鹏翔运达机械科技有限公司)，三聚氰胺(国药集团化学试剂有限公司)；乙炔黑(工业级，深圳鹏翔运达机械科技有限公司)；PTFE(60%(w/w)悬浮溶液，美国3M公司)

1.2 实验方法

1.2.1 双钙钛矿Sr2NixCo2-xO6的制备

按化学计量比称取对应的硝酸盐，溶于去离子水，再加入金属离子总物质的量2倍的一水合柠檬酸，共同搅拌形成均相溶液，调节前驱体溶液pH值。80℃水浴蒸发形成凝胶，在干燥箱中干燥一夜，干凝胶在马弗炉中350℃预烧30 min，研磨后在800℃烧结5 h得到催化剂，升温速率均为10℃·min-1。不同Ni掺杂比例的双钙钛矿命名为Sr2NixCo2-xO6(x=0.2，0.4，0.6，0.8)。

1.2.2 g-C3N4的制备

采用热处理的方式制备具有层状结构纳米颗粒g-C3N4［23-24］。第一步热处理为6 g黄色三聚氰胺粉末置于马弗炉中550℃，煅烧4 h，升温速率2℃·min-1，持续研磨1 h，得到淡黄色粉末。第二步热处理为取第一步热处理后的淡黄色粉末0.1 g置于敞口坩埚中放入马弗炉中煅烧500℃3 h，升温速率5℃·min-1，得到白色的具有层状结构的纳米颗粒g-C3N4。

1.2.3 复合催化剂的制备

称取占双钙钛矿质量的5%、10%、20%、30%、40%、50%的g-C3N4先溶于无水乙醇中超声30 min，之后加入双钙钛矿超声30 min使其混合均匀，在90℃下水浴回流6 h，之后蒸干乙醇，干燥一夜。将混合物取出，N2氛围550℃煅烧2 h，升温速率5℃·min-1，得到复合物催化剂。质量添加量为5%、10%、20%、30%、40%、50%的复合材料分别记为5CN-SNC、10CN-SNC、20CN-SNC、30CN-SNC、40CNSNC、50CN-SNC。

1.2.4 双功能电极片的制备

催化剂、碳黑(Vulcan XC-72R)和PTFE按质量百分比为1∶2∶1混合在异丙醇溶液中，球磨30 min，球磨转速 300 r·min-1，超声 30 min，混合均匀后再水浴加热形成糊状，捏成弹性团状。最后再辊压制成厚度为0.2 mm的薄膜，催化剂载量约为5.7 mg·cm-2，60℃干燥去除多余的异丙醇得到催化层。防水层由乙炔黑和PTFE悬浮液按质量比为7∶3混合，厚度为0.5 mm，采用催化层相同的制备工艺制作。催化层、镍网、防水层，15 MPa压制成电极片，340℃热处理30 min，除掉PTFE，最后裁剪成工作面约为1×1 cm2的电极片，即双功能氧电极。

1.3 样品的表征

样品的结构分析采用X′Pert3 Powder型多功能X射线衍射仪 (荷兰Panalytical公司)，Cu Kα辐射(λ=0.154 056 nm)，管电压 40 kV，管电流 40 mA，扫描速度为 0.656 5°·s-1，扫描范围 2θ=10°～80°。 场发射扫描电子显微镜(日立高新技术公司)，扫描电压为5 kV，EDS对样品的表观形貌，颗粒分布以及元素比例进行分析。TriStarⅡ3020比表面与孔隙度分析仪(美国Micromeritics Instrument Corporation公司)对样品比表面积进行分析。

1.4 样品的电化学性能测试

使用上海辰华CHI 660E电化学工作站进行稳态恒电流测试，测试条件：50 mA·cm-2电流密度下测试1 000 s。稳态极化测试，测试范围为阳极极化曲线电压范围0～1 V和阴极极化曲线电压范围0～-0.6 V，扫描速度均为 0.003 V·s-1，静置 200 s。电化学阻抗分析频率范围1～105Hz，扫描间隔电位0.005 V。所有测试均为三电极体系：研究电极、对电极、参比电极依次为双功能氧电极、Pt电极、Hg/HgO电极，电解液为6 mol·L-1KOH，测试前活化2 d。

2 结果与讨论

2.1 Sr 2Ni x Co2-x O6双钙钛矿的结构形貌表征

图1是不同Ni掺杂量Sr2NixCo2-xO6的XRD图，与标准卡片PDF No.00-048-0875对比发现Ni掺杂量在0.2和0.4时峰型干净、尖锐，无杂峰，并且特征峰的峰强度较高。但是Ni掺杂量为0.2时主峰的强度要低于掺杂量为0.4时，说明Sr2Ni0.4Co1.6O6的结晶度要好于Sr2Ni0.2Co1.8O6，此时均为双钙钛矿纯相，无其他杂质生成［25］。 当 Ni掺杂量为 0.6和0.8时出现了SrCO3(PDF No.00-005-0418)和Co3O4(PDF No.00-042-1467)杂峰，并且随着Ni掺杂量的增加，SrCO3、Co3O4杂峰的强度有所增强，这是由于Ni掺杂导致了双钙钛矿晶格发生畸变，从而导致SrCO3、Co3O4杂峰的出现。从XRD可以看出，Sr2Ni0.4Co1.6O6具有最佳的结构。

图1 双钙钛矿Sr2Ni x Co2-x O6(x=0.2,0.4,0.6,0.8)的XRD图Fig.1 XRD patterns of double perovskite Sr2Ni x Co2-x O6(x=0.2,0.4,0.6,0.8)

根 据 XRD 图 由 Scherrer公 式［26］计 算 出Sr2NixCo2-xO6的粒径R，并通过氮气吸附脱附测试其比表面积，结果列于表1。从表1可以看出双钙钛矿平均粒径在36～46 nm，Sr2Ni0.4Co1.6O6的粒径要稍微小于其他Ni掺杂量，从BET测试可以看出不同的Ni掺杂量比表面积先增大后减小，其中x=0.4时样品具有最大的比表面积。

表1 双钙钛矿Sr 2Ni x Co2-x O6(x=0.2,0.4,0.6,0.8)的粒径R和比表面积S BETTable 1 Particle sizes(R)and surface area(S BET)of double perovskites Sr 2Ni x Co2-x O6(x=0.2,0.4,0.6,0.8)

为了进一步表征双钙钛矿在不同Ni掺杂量时的表观形貌，对其进行SEM测试，如图2所示。双钙钛矿表面为不规则纳米颗粒，且相互连接［27］，整体的形貌尺寸和表1计算的结果基本吻合，在x=0.6和x=0.8时SEM显示其有比较大的块状，这可能与本身杂质SrCO3、Co3O4生成有关。所有SEM图均出现团聚现象，这是由高温烧结导致的，x=0.4时表面团聚较其他的掺杂量要好，且表面颗粒分布更加均匀，这与前面的BET测试结果相吻合，说明粒径减小有利于样品的比表面积的增大。

从XRD、SEM表征来看，当Ni含量为0.2和0.4时所得到的双钙钛矿为纯相，无其他杂质生成，因此利用EDS能谱分析其元素分布，结果如表2所示。表2表明各元素的比例与双钙钛矿的理论值基本吻合，这说明制备的Sr2Ni0.2Co1.8O6和Sr2Ni0.4Co1.6O6为单一物相。

图2 双钙钛矿Sr2Ni x Co2-x O6的SEM图Fig.2 SEM images of double perovskite Sr2Ni x Co2-x O6

表2 双钙钛矿Sr 2Ni x Co2-x O6(x=0.2,0.4)EDS元素分析Table 2 EDSelement analysis of double perovskites Sr 2Ni x Co2-x O6(x=0.2,0.4)

2.2 g-C3N4的结构形貌表征

图3为经过两步热处理后层状结构白色纳米颗粒g-C3N4的XRD图，在2θ=13°左右有1个弱的衍射峰，层间距 d=0.680 5 nm，对应(100)晶面，在2θ=27.7°左右的衍射峰，层间距 d=0.321 3 nm，对应(002)晶面，g-C3N4特征峰是由于层间堆叠形成的，符合 g-C3N4以往报道［28］。

氮气吸附-脱附测试结果表明第一步热处理得到黄色大块状的g-C3N4和第二步紧接着热处理后得到白色纳米颗粒的g-C3N4的比表面积分别为12和192 m2·g-1。图4可直观的看出黄色大块状的g-C3N4表观形貌为明显的堆积大块状，层间堆叠明显，比表面积较小，经过再次高温烧制后原来大的块状全部粉碎成颗粒状，出现层状结构，层间堆叠减少，但是颗粒之间有所团聚，比表面积明显增大，粒径明显减小。

图3 g-C3N4的XRD图Fig.3 XRD pattern of g-C3N4

图4 g-C3N4的SEM图Fig.4 SEM images of g-C3N4

2.3 复合催化剂CN-SNC的形貌表征

图 5是 复 合 催 化 剂 5CN-SNC、10CN-SNC、20CN-SNC、30CN-SNC、40CN-SNC 和 50CN-SNC 的SEM图，比表面积测试结果表明各复合催化剂的SBET分别为 3、5、15、18、4 和 5 m2·g-1。 从 SEM 图可以看出整体的表观形貌为不规则纳米颗粒，尺寸分布不一。5CN-SNC形貌较其他图团聚明显，颗粒分布不均，颗粒之间相互连接，其比表面积也比较小，这是由于g-C3N4的掺杂量较少，且与Sr2Ni0.4Co1.6O6之间的复合相对较少，在烧结时容易发生团聚。其他的SEM图形貌均相差不大，均为不规则纳米颗粒，但是整体来看20CN-SNC、30CN-SNC相对分布较均匀，团聚较少，比表面积较大，40CN-SNC、50CN-SNC颗粒尺寸明显较大，分布均匀。

图5 CN-SNC的SEM图Fig.5 SEM images of CN-SNC

2.4 电化学性能表征

2.4.1 Sr2NixCo2-xO6的电化学性能表征

2.4.1.1 稳态恒电流测试

稳态恒电流测试可以表征电极之间的稳定性与催化效果的差别。图6是Ni掺杂量为0.2、0.4、0.6、0.8和单纯碳黑无催化剂电极的稳态恒电流测试结果。由图可知加入双钙钛矿催化剂后其性能都有明显的提升，无催化剂碳黑阳极稳态的电压平台比加入催化剂后要高，为1.502 V，而加入催化剂后电压在较短的时间内稳定，稳定电压在0.6～0.7 V左右。表明加入催化剂后对氧析出(OER)的性能有所提升。就氧还原(ORR)而言，整体差别不是很大，包括碳黑在内稳定在-0.5～-0.3 V左右。但是碳黑稳定性要比加入催化剂后差，表明对ORR催化活性要差，不稳定。综上所述，x=0.4时电压的稳定时间最短，并且稳定的电压平台分别为0.645 9和-0.357 6 V，表现出最佳的氧还原和氧析出性能。

2.4.1.2 稳态极化曲线测试

图6 Sr2Ni x Co2-x O6双钙钛矿和无催化剂电极的稳态恒电流曲线Fig.6 Galvanostatic curves of Sr2Ni x Co2-x O6 double perovskites and non-catalyzed electrodes

通过稳态恒电流测试结果，继续对样品进行稳态极化测试，稳态极化测试是反应催化剂催化效果的稳定性与催化性能高低的重要性能指标之一，不同催化剂制备电极极化程度的大小，直接影响着催化剂的ORR、OER催化性能，也影响着电极的循环使用寿命，因此可以区分不同催化剂催化效果的高低，一般来说，电极极化程度越小，说明稳定性好，催化效果好。

图7 Sr2Ni x Co2-x O6双钙钛矿和无催化剂电极的阳极极化曲线Fig.7 Anodic polarization curves of Sr2Ni x Co2-x O6 double perovskites and non-catalyzed electrodes

图7 和图8分别为不同比例Ni掺杂量和无催化剂纯碳黑电极的阳极极化曲线和阴极极化曲线。对于无催化剂的碳黑电极，阳极极化和阴极极化的极化程度都非常大，对氧析出和氧还原催化性能均最差，阳极极化曲线极限电流密度只有0.045 1 A·cm-2，阴极极化曲线为 0.072 1 A·cm-2，几乎没有催化活性。加入催化剂后性能明显有所提升，极化程度有所改善，可以看出催化剂Sr2NixCo2-xO6的加入能够改善电极的氧催化性能。阳极极化曲线反映出催化剂进行氧析出OH-生成O2的能力，可以得到当x=0.4时催化剂电极极化程度最小，在极化极限电压为1.0 V时对应的电流密度为0.267 7 A·cm-2，同时在阴极极化曲线可以看出Sr2Ni0.4Co1.6O6的极化程度也是最小，对应氧还原的催化活性最佳，在电压为-0.6 V时电流密度为0.183 0 A·cm-2。综合表明x=0.4时催化剂对OER和ORR的催化活性均最佳，极化程度最小，电极的稳定性也是最佳。

图8 Sr2Ni x Co2-x O6双钙钛矿和无催化剂电极的阴极极化曲线Fig.8 Cathodic polarization curves of Sr2Ni x Co2-x O6 double perovskites and non-catalyzed electrodes

目前研究学者认为在碱性环境中，氧气的还原与析出双向进行时比较复杂，但是普遍认为钙钛矿型氧化物作为催化剂时，进行双向催化时是二电子反应体系即OH-⇌ HO2ˉ⇌ O2，而催化剂在这一过程中主要就是加快 HO2ˉ中间产物的分解［29-30］，这也侧面证实了加入催化剂后性能有所提高。从极化曲线可以看出Ni掺杂也影响着催化性能，随着Ni含量的增加，对ORR和OER反应的催化活性先增加后减小，一方面与双钙钛矿的本身颗粒大小以及其比表面积有关，从前面的结构表征可以看出Ni含量为0.4时的平均粒径相对较小和比表面积相对较大，这有利于氧气进入界面参与反应；另一方面由于Ni的掺杂，导致当中Co的价态发生变化，这让双钙钛矿本身形成更多氧空位，增加氧的吸附脱附能力，但是随着Ni的增多，晶格畸变程度增加，导致杂质生成，影响了催化剂的活性，这与电化学性能表征一致［19］。 综上所述，Sr2Ni0.4Co1.6O6作为氧反应催化剂时，能够增加反应的活性位点，有利于氧的吸附-脱附，增加电子迁移速率，使得氧还原与氧析出进行的更快，即催化活性最佳。

2.4.2 复合催化剂的电化学性能表征

2.4.2.1 稳态恒电流测试

选取具有最佳催化活性Sr2Ni0.4Co1.6O6(SNC)与g-C3N4复合加以改性，图9是催化剂电极的稳态恒电流测试曲线。从图中可以看出单一催化剂在恒电流测试中氧还原和氧析出模式的电压稳定平台都比复合催化剂要差，单一的g-C3N4电压平台分别为-0.320 8和0.712 1 V，这表明其对应的氧催化能力较差。复合催化剂明显好于单一催化剂，在阴极稳态中复合催化剂彼此之间差别较大，阳极稳态彼此差别不大，30CN-SNC在阴极稳态具有最佳的电压平台-0.221 5 V，而在阳极稳态下为0.599 9 V。从图中可以看出在阳极稳态下10CN-SNC稳定电压为0.590 9 V，但是其阴极稳态电压要明显差于30CN-SNC，从抖动的趋势看，30CN-SNC的稳定性要好，几乎在极短的时间内达到稳定电压，无抖动。因此认为30CN-SNC具有最佳的氧催化效果。

图9 CN-SNC和单一催化剂电极的稳态恒电流曲线Fig.9 Galvanostatic curves of CN-SNCand single catalyzed electrodes

2.4.2.2 稳态极化曲线测试

反映催化剂的催化性能重要指标之一就是看催化剂在极化状态下极化程度的高低，催化剂的极化程度影响着催化剂对ORR和OER的催化效果，极化程度越小，催化效果越好。图10是催化剂电极的阳极极化曲线，从图中可以看出整体的极化程度不大，在低电流密度下g-C3N4添加量为20%时极化程度要低于其他组成的催化剂，但是高电流密度下极化程度突然增大，可能是电极片在高电流密度下极化严重，内部颗粒有所塌陷导致。整体来看g-C3N4添加量为30%时的30CN-SNC阳极极化程度最低，OER催化效果最佳，在极限极化电压1.0 V时具有最大的电流密度为0.372 0 A·cm-2，并且曲线无波动，对比单一催化剂g-C3N4的0.230 4 A·cm-2，说明30CN-SNC的极化程度最小，氧析出反应的催化活性最佳，这与前面的SEM图、比表面积测试表征相吻合。

图10 CN-SNC和单一催化剂电极的阳极极化曲线Fig.10 Anodic polarization curves of CN-SNCand single catalyzed electrodes

图11 是催化剂电极的阴极极化曲线，由图可知20CN-SNC和30CN-SNC的添加量极化程度明显最小，ORR催化效果好。可以明显看出高电流密度下，极化电压越负，30CN-SNC的电极片极化程度越低，表明在极化电压增大的情况下，30CN-SNC依旧可以保持较高的稳定性，曲线平滑。在极限电压-0.6 V时对应的电流密度为0.395 7 A·cm-2，高于单一催化剂g-C3N4(0.178 2 A·cm-2)和其他组成催化剂的电流密度。

图11 CN-SNC和单一催化剂电极的阴极极化曲线Fig.11 Cathodic polarization curves of CN-SNCand single catalyzed electrodes

结合30CN-SNC和单一催化剂的稳态恒电流测试，稳态极化测试结果以及形貌结构的分析表明g-C3N4和双钙钛矿复合后在协同催化的作用下提高了整体的氧催化活性，整体的比表面积增大，复合后提供的活性位点增多。

2.4.2.3 交流阻抗谱测试

交流阻抗可以反映催化剂相关电阻的情况，催化剂的电荷转移电阻是影响催化剂电荷转移的重要指标，电荷转移电阻越小，催化剂内部传递电荷的速度就越快，有利于氧气吸附-脱附反应的进行。因此对最佳的复合催化剂30CN-SNC以及催化效果接近的20CN-SNC和单一催化剂双钙钛矿以及单一催化剂g-C3N4进行交流阻抗谱的测试。

图12是四者交流阻抗图，由图可知交流阻抗图是由高频区的圆弧段和低频区的直线段组成，这包含着催化剂的电荷转移电阻和溶液阻抗以及扩散阻抗等，圆弧段的差异就是代表着不同催化剂电荷转移电阻的大小，因为氧气的反应就是在催化剂与电解质溶液的三相界面上进行［31］。因此使用等效电路图来拟合电化学阻抗谱图，等效电路图如图13所示，参数L为等效电感，Rs为电解质溶液电阻，Rct为电荷转移电阻，Rw为Warburg电阻，Cd1与Cd2为界面电容，利用拟合软件ZSimDemo进行拟合，结果列于表3。表3表明单一催化剂SNC的电荷转移电阻为 0.481 8Ω·cm2， 单一的 g-C3N4为 0.893 0Ω·cm2，复合后的20CN-SNC、30CN-SNC电荷转移电阻明显有所下降，分别为0.415 0和0.363 4Ω·cm2。但是30CN-SNC电荷转移电阻是最低的，表明其电荷传递效率要高于单一的催化剂，对应氧催化的催化效果要好于其他组成的催化剂，这与前面的一系列结构形貌和电化学表征相吻合。

图 12 SNC、20CN-SNC、30CN-SNC、g-C3N4的电化学阻抗谱Fig.12 Electrochemical impedance spectra of SNC,20CN-SNC,30CN-SNCand g-C3N4

图13 双功能氧电极的等效电路图Fig.13 Equivalent circuits of bifunctional oxygen electrodes

表3 SNC、20CN-SNC、30CN-SNC、g-C3N4的电化学阻抗拟合参数Table 3 EISfitting value of SNC,20CN-SNC,30CN-SNC and g-C3N4

3 结 论

通过常用的溶胶-凝胶法制备不同Ni掺杂量的双钙钛矿 Sr2NixCo2-xO6(x=0.2，0.4，0.6，0.8)。 XRD表征证明x=0.2，0.4时无杂质生成，进一步通过SEM、EDS表征得到双钙钛矿氧化物Ni掺杂为0.2和0.4为纯相，随着Ni掺杂量的增加，出现杂质，且粒径有所增大，团聚的情况也严重，Sr2Ni0.4Co1.6O6表现出粒径最小，比表面积最大，氧催化活性最佳。

将通过两步热处理法制备的具有层状结构纳米颗粒g-C3N4添加到Sr2Ni0.4Co1.6O6中。在50 mA·cm-2电流密度稳态恒电流测试中，g-C3N4添加量为30%时具有最佳的稳态电压平台-0.221 5和0.599 9 V；在阴极极化中表现出最低的极化程度和最高的氧还原催化活性，最大电流密度0.395 7 A·cm-2；阳极极化中低电流密度极化相对20CN-SNC有所增大，但是在高电流密度下其极化程度是最低的，表现出最佳的氧析出催化活性，最大电流密度为0.372 0 A·cm-2。经过交流阻抗测试拟合后证明复合后的电荷转移电阻降低，单一催化剂SNC的电荷转移电阻为 0.481 8 Ω·cm2，g-C3N4为 0.893 0 Ω·cm2，复合最佳组成催化剂30CN-SNC为0.363 4Ω·cm2，证明复合后的催化剂优于单一催化剂，提高了催化活性，是良好的双功能催化剂。