Nature Catalysis: 掺点Mn,性能大提升!掺Mo钴尖晶石氧化物在酸中高效稳定析氧

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电化学水分解产氢有利于能源的可持续运用,然而,迄今为止开发的大多数电催化剂都需要贵金属Ir,这是地球上最稀缺的元素之一,这限制了电解水产氢的应用和发展。因此,设计和制备具有高活性和耐酸性的非贵金属催化剂对于实现水电解大规模制氢至关重要。

在这里,日本理化学研究所Ryuhei Nakamura中科院大连化物所肖建平等将Mn掺入Co3O4尖晶石晶格中(Co2MnO4),可以将催化剂在酸中的寿命延长两个数量级并保持优异活性。
在这项研究中,在酸性条件下二元氧化物Co2MnO4具有优异的OER活性,在没有iR补偿的情况下,其在2 VRHE下的电流密度超过1000 mA cm-2geo,这是一个非常高的值。此外,该材料在200 mA cm-2geo条件下可稳定工作超过1500小时(>2个月),这表明其在保持高催化活性的同时还具有高稳定性。
密度泛函理论(DFT)计算表明,由于Co2MnO4具有优化的OER中间体结合能,使得其具有高OER活性和稳定性,并且稳定的Mn-O键抑制了Ol的溶解。
该项工作对Co2MnO4作为一种活性稳定材料的发现和机理分析是非贵金属水电解领域的一个进展,有利于推动可用于大规模电解水制氢的电催化剂的进一步发展。
Enhancing the Stability of Cobalt Spinel Oxide towards Sustainable Oxygen Evolution in Acid. Nature Catalysis, 2022. DOI: 10.1038/s41929-021-00732-9


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