大连化物所Nature Catalysis：酸体系稳定MnO2电催化分解水

纳米技术

2024-01-18

储量丰富并且能够在酸性环境稳定进行OER的电催化剂是PEM电解槽的关键结构。

有鉴于此，中国科学院大连化物所肖建平、日本理化学研究所RIKENRyuhei Nakamura、李爱龙等通过优化MnO₂的晶格氧，从而能够在PEM电解槽和1 M H₂SO₄酸性体系和1000 mA cm^-2电流密度条件下进行持续的电催化OER反应，电催化稳定工作时间达到1个月。

主要内容

（1）

我们通过锥型(pyramidal)晶格氧替换为平面(plan)氧原子，从而能够提高MnO₂的电催化反应寿命。平面氧原子具有更强的Mn-O化学键，因此能够阻碍Mn离子溶解。我们通过理论计算发现晶格氧的溶解是MnO₂催化剂失活的主要原因，平面氧原子的溶解比锥型晶格氧的溶解在能量上减小0.2 eV。

（2）

优化的MnO₂电催化剂在PEM电解槽表现优异的性能，在电势为2 V达到2000 mA cm^-2电流密度，而且在200 mA cm^-2电流密度能够稳定工作1000 h。本文研究拓展了高储量元素在PEM电解槽中的应用，能够减少人们对Li的依赖。

参考文献

Kong, S., Li, A., Long, J. et al. Acid-stable manganese oxides for proton exchange membrane water electrolysis. Nat Catal (2024)

DOI: 10.1038/s41929-023-01091-3

https://www.nature.com/articles/s41929-023-01091-3