Page 12 - 《精细化工》2023年第11期

·2324· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

简单，生产方式灵活，对设备依附性小，适用于规 回流法等，但相关报道较少。表 1 总结了这些合成
模化生产。 方法涉及的原理，并对各自的优缺点进行了对比。
2.3 其他合成法 与粉体负载型电极材料相比，构筑 MnO 2 原位生长
除水热法和电化学沉积法外，MnO 2 的合成方法 的集成式电极结构，能更好地实现电子传导，从而
还包括溶胶-凝胶模板法、固相法、热分解法、溶剂 加速电极反应。

表 1 MnO 2 的主要合成方法 [35-47]
[35-47]
Table 1 Main synthesis methods of MnO 2
合成方法 原理 优点 缺点
粉体产品
溶胶-凝胶模板法 前驱体经水解、缩合等化学反应，并陈 产率高、纯度好、形貌和孔结构 结晶性差、形貌不均匀
化后形成凝胶，再经干燥、高温焙烧得 可调
到目标材料
固相法 通过固态反应物之间的相互接触、反应、 制备工艺简单、产量大 反应条件苛刻，需要较高的反
成核与生长等步骤合成所需材料 应温度
热分解法 合成热稳定性差的前驱体，经化学转化或 纯度高、结晶性好、形貌可调 受前驱体影响显著、晶型难以
煅烧等方式分解前驱体盐制备目标产物 控制、需要较高的反应温度
溶剂回流法 反应在具有挥发性的有机溶剂中进行， 产物晶型和结构可调 操作相对繁琐、耗时长、产率
经回流加热，合成目标材料 较低
低温液相法 在较低的反应温度（<100 ℃）下，通过 反应条件温和、产物晶型和结构 反应周期长、结晶性差
在溶剂中进行晶体的成核、结晶、生长 可调
等过程制备所需产物
超声法 通过液体作为介质引入超声波的“空化” 反应条件温和、加速化学反应、 反应不易控制、难以大规模生
作用合成目标材料 缩短材料晶化时间、易形成缺陷 产
表面
粉体产品和自支撑型集成式电极
水热法 以水作为反应溶剂，在反应釜中加热并 产物纯度高、分散性好、结晶性 反应周期长、难以实现规模化
产生高温、高压的反应环境，使溶液中 好、形貌多样化且均一 生产
的反应物发生化学反应，进行晶体生长
电化学沉积法 在电场作用下，电解液中离子发生电化 操作简单、快速、可控性好、可 低温下结晶性差
学氧化还原反应，进而在电极上成核、 实现在集流体上原位生长
生长得到目标产物

在众多合成方法中，水热合成和电化学沉积可
实现 MnO 2 活性相在集流体上的原位生长，形成自 3 电极材料结构表征和电催化性能评估
支撑型集成式电极材料。水热合成的影响因素较多，
电极材料的催化性能与其结构密切相关，需采
除反应温度和时间外，还包括体系组成、溶液 pH、
用科学的测试手段表征电极的结构及其在催化反应
反应物浓度及模板剂等，并受设备限制。因此，水
过程中的变化规律，从而揭示电催化机理。通常，
热合成难以实现规模化批量生产。电化学沉积法可
借助 X 射线衍射仪（XRD）分析电极材料的物相组
用于工业规模化生产，但在低温下沉积 MnO 2 基材
成，并利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微
料，存在效率低、结晶性差等问题。其他合成方法
镜（TEM）观察其微观结构与形貌，分析其在反应
也存在相似的问题，如固相法虽产量大、工艺简单， [48]
过程中的物相和形貌变化 。此外，结合 X 射线光
但其反应条件苛刻。目前，单一合成方法制备的
电子能谱仪（XPS）分析催化反应中电极表面的元
MnO 2 基催化剂存在结构调控困难、难以规模化生产
素价态变化和电子转移途径，明确电极材料的催化
等问题，后续可考虑多种合成方法联用，以实现特 反应机理。
定需求 MnO 2 基电极材料的高效制备（如将电沉积 在电极结构表征基础上，还需借助电化学测试
法与热处理进行有机结合，可改善电沉积制备样品 来评判电极材料的催化性能，如采用循环伏安法
的结晶性；水热法与焙烧法联用可合成催化性能优 （CV）、线性扫描伏安法（LSV）、塔菲尔斜率（Tafel
异的 MnO 2 基复合电极）。 Slope）和电化学阻抗谱（EIS）等方法来研究电极