中科院JMCA：立方MnCoOx固溶体高活性酸性水氧化

MnCoOx电催化剂的结构和形态表征:(a)合成过程示意图，(b) XRD谱图，(c) Mn1Co5Ox催化剂的TEM图，(d) Mn1Co5Ox催化剂截面的线性扫描图，(e) HAADF-STEM图和EDS元素映射(钴，绿色;锰、紫色;氧气,粉色)。(f) Co K-edge和(g) Mn K-edge的XANES光谱。Mn1Co5Ox的(h) Co K-edge和(i) Mn K-edge EXAFS光谱的对应傅里叶变换和标准参考。

本文揭示了MnCoOx固溶体作为析氧反应(OER)的有效催化剂的潜力。在碳纸(CP)上以KMnO4和Co(NO3)2氧化还原沉积合成不同Co/Mn比的固体氧化物溶液。XRD和TEM分析证实了MnCoOx中Co和Mn的均匀分布。在酸性电解液中的OER测试表明，Mn1Co5Ox的催化效率超过了Co3O4、MnOx和IrO2，在电流密度为10和100 mA cm−2时，Mn1Co5Ox的过电位分别为275和569 mV。该研究强调了Co3+和Mn4+阳离子以及氧空位(Ov)位点在促进OER机制中的关键作用。这些基本特征在Mn1Co5Ox固溶体催化剂中得到了充分的观察。此外，Mn掺杂剂的引入有助于Mn1Co5Ox在酸性OER中的耐久性，从而在100 mA cm−2电流密度下表现出近300 h的优异催化稳定性。此外，DFT研究还揭示了Mn1Co5Ox如何增强OER的催化性能。总之，这项研究为设计高效的OER催化剂提供了有价值的见解，使用MnCoOx固溶体作为有前途的候选物。

在酸性条件下使用MnCoOx催化剂的OER机理的图片演示，并突出了本研究的重要方面。

催化OER性能。(a) MnCoOx不同Mn/Co比的OER极化曲线。(b) Mn1Co5Ox、Co3O4、MnOx、IrO2和CP在0.5 M H2SO4溶液中的OER极化曲线。(c) Mn1Co5Ox(粉色)、IrO2(橙色)和Co3O4(蓝色)在电流密度为10和100 mA cm−2时的过电位。(d)由(a)和(e)iR校正前后Mn1Co5Ox的OER偏振曲线得出的Tafel图。(f) Mn1Co5Ox在EOCV, Ej=10和Ej=20时的Nyquist图。(g) MnCoOx催化剂的O1s XPS光谱。(h)不同Ov种群在200 mA cm−2时E (V vs. RHE)的行为。

MnCoOx的稳定性。(a)与其他已报道的催化剂相比，Mn1Co5Ox催化剂在酸性溶液中的耐久性比较。值得注意的是，样品1-5在100 mA cm - 2下测量，其他样品在10 mA cm - 2下测量。(b)在0.5 M H2SO4中，使用计时电位测量器测量Mn1Co5Ox的电位需要达到100和200 mA cm - 2。(c)室温下，在H型水电解池中，以0.5 M H2SO4为介质，阳极和阴极由Nafion 115膜分离，在恒定OER电流密度为200 mA cm - 2的情况下，Mn1Co5Ox催化剂的计时电位测量。

(a)原始和使用的Mn1Co5Ox/CP电催化剂的XRD谱图。(b)使用的Mn1Co5Ox的STEM图像。原始和使用的Mn1Co5Ox催化剂的XPS光谱:(c) Co 2p和(d) Mn 2p。电解条件:0.5 M H2SO4溶液，100 mA cm−2，25℃，10 h。

(a) OER通路在0 V和1.23 V时的自由能(b) Co活性位点的d波段中心。

该研究强调了MnCoOx固溶体作为OER高效催化剂的巨大潜力。在不同的Co/Mn比下，通过在CP载体上氧化还原沉积KMnO4和Co(NO3)2来合成固溶体。通过XRD分析评价了MnCoOx的结晶性质，TEM分析验证了Co和Mn的均匀分布。在CP上沉积MnCoOx固溶体的OER测试表明，Mn1Co5Ox是最有效的催化剂，其性能优于Co3O4、MnOx、CP载体和IrO2，表明其在电催化方面具有实际应用价值。此外，Mn1Co5Ox表现出优异的耐久性和增加的活性位点，使其成为OER应用的有希望的候选者。通过XPS分析，本研究发现MnCoOx固溶体催化剂中的Co3+、Mn4+和Ov位点在OER中起着至关重要的作用，Mn的掺杂显著提高了催化剂在酸性OER中的稳定性。确证的DFT计算验证了经验观察结果，并提供了Mn1Co5Ox如何提高OER催化性能的见解。本研究为设计高效的OER催化剂提供了有价值的指导，突出了MnCoOx固溶体作为有前途的候选者。

Intrinsically Robust Cubic MnCoOx Solid Solution: Achieving High Activity for Sustainable Acidic Water Oxidation - Journal of Materials Chemistry A (RSC Publishing)

DOIhttps://doi.org/10.1039/D3TA05233H