Mn掺杂Co3O4电催化剂的制备及析氧反应性能研究

氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应（OER）作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物（AB₂O₄）具有特殊的电子结构和优异的OER 性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co₃O₄电催化剂Mn-Co₃O₄,研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co₃O₄的OER催化性能。制备的Mn-Co₃O₄ 催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA?cm^-2下,其过电位分别为 270和335 mV。Mn-Co₃O₄同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV?dec^-1。此外,Mn-Co₃O₄还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA?cm^-2下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路 。