| 引文格式 |
| Xuekun Jin, Minghua He, Fengjuan Chen*, Kezhi Li, Junyong Min, Ziyu Wang, Junhua Li, Jianjun Chen*, Trace Cr(OH)3 modified α-MnO2 electrocatalyst intercalated by Ag+ with superior activity and stability for oxygen reduction reaction, Chem. Eng. J., 2023, 464, 142712. |
| 题目 |
| 协同改性提高电催化剂的氧还原活性 |
| Title |
| Trace Cr(OH)3 modified α-MnO2 electrocatalyst intercalated by Ag+ with superior activity and stability for oxygen reduction reaction |
| 专家照片 
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| 座右铭 |
| 扎根边疆，创新笃行，潜心育人，为国育才 |
| 个人简介 |
| 陈凤娟，教授，博士生导师，新疆大学“材料科学与工程”学位点负责人。近年来主持包括国家自然科学基金、自治区重点研发专项、自治区自然科学基金、高校科研计划项目、新疆生态环境厅财政专项及企业重大科研课题等30余项。以第一作者或通讯作者在J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J., J. Colloid Interf. Sci.等重要国际学术期刊上发表SCI收录学术论文30余篇，获授权国家发明专利3项，参编新疆地方标准2项，获成果鉴定3项，荣获国家级、自治区级等奖励10余项。 |
| 研究领域 |
| 纳米催化材料、碳基能源材料的设计及应用 |
| 研究背景/选题意义/研究价值 |
| 随着现代社会对能源需求的剧增，燃料电池和金属-空气电池等可持续能源转换和存储技术的开发受到了人们的极大关注。其中，氧还原反应（ORR）是上述绿色能源装置阴极发生的关键反应，其包括多个电子转移步骤。二氧化锰（α-MnO2）作为一种优异的ORR电催化剂，存在电化学动力学缓慢和稳定性较低等不足，阻碍了α-MnO2催化剂的实际应用，因此开发高活性α-MnO2基ORR电催化剂具有重要的研究价值。 |
| 主要研究内容 |
| 氧化锰因储量丰度、价态多样等优点成为科研人员广泛关注的阴极催化剂，但低的电子传输能力限制了其电催化ORR活性的提高。研究发现将其与贵金属等复合可有效增强电子传输能力，进而提高其电催化活性。课题组通过简单的两步溶液法设计了由Ag+和微量Cr(OH)3修饰的α-MnO2纳米棒以提高其电催化活性和稳定性。该催化剂表现出了优异的ORR活性，具有与商业20wt%Pt/C催化剂相当的高半波电位和极限扩散电流密度，反应10小时后表现出更持久的电化学稳定性。采用密度泛函理论方法进一步研究了Ag+和Cr(OH)3修饰α-MnO2的电催化ORR机理，发现引入Ag+和Cr(OH)3增强了α-MnO2对氧的活化，降低了*OOH的形成能。该研究为设计和构建高效稳定的α-MnO2基ORR电催化剂提供了一种共修饰策略。 
图1 （a）α-MnO2、AMO和Cr/AMO的XPS谱图，以及（b）Mn 2p、（c）O 1s、（d）电子自旋共振（ESR）谱图、（e）Ag 3d和（f）Cr 2p的高分辨XPS谱图 
图2 （a）AMO、Cr/AMO和Cr/AMO + C在0.1 M KOH电解液中的CV曲线，（b）AMO、Cr/AMO、Cr/AMO + C和商业Pt/C在O2饱和0.1 M KOH电解液中以2 mV/s速率扫描得到的LSV曲线，（c）催化剂的Tafel图，（d）催化剂的Nyquist图 
图3 （a）催化剂在0.60 V电位下的计时安培（i-t）曲线；（b）在1000 s时注入1 M甲醇得到的计时安培曲线 
图4 （a） Cr/AMO的ORR反应过程，（b）α-MnO2、AMO和Cr/AMO对氧的吸附能，（c）α-MnO2，AMO和Cr/AMO的ORR自由能图 |
| 主要创新点 |
| 设计了由Ag+和微量Cr(OH)3修饰的α-MnO2纳米棒以提高其电催化活性和稳定性，采用密度泛函理论方法进一步研究了协同改性提高α-MnO2电催化ORR的机理。 |
