Page 14 - 《精细化工》2023年第11期

·2326· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

高价 态 IrO x ，从 而获得 OER 催化性 能优异的 Ni 掺杂量为 0.02 mol 时，MnO 2 -Ni 0.02 电极驱动
2
IrO 2 /α-MnO 2 电极。施加 1.53 V vs. RHE 电位时， 10 mA/cm 所需 OER 过电位仅为 445 mV，优于纯
IrO 2 /α-MnO 2 电极在酸性和碱性介质中的质量活性 MnO 2 的 610 mV；此外，MnO 2 -Ni 0.02 电极的 Tafel
分别为 216.67 A/g Ir 和 655.33 A/g Ir ，其酸性 OER 活 斜率仅为 86 mV/dec，表现出良好的催化动力学，
性是商用 IrO 2 的 5.7 倍。 如图 4c~d 所示。类似地，YANG 等 [58] 通过研究不同
通过异原子掺杂 [57-61] 、缺陷构建 [62] 等手段可有 原子（Ni、Co、Cu、Zn、Fe）掺杂的 MnO 2 电极，
效调控 MnO 2 的电子结构，增强导电性，从而提高 发现 Ni 掺杂能有效调控 MnO 2 的电子结构并改善其
导电性，从而赋予电极更佳的 OER 催化活性。除了
电极的 OER 催化活性。研究发现，Ag 掺入 MnO 2
显著增强了 MnO 2 的电子转移能力和导电性，使其 金属掺杂，非金属碳的掺杂也可提升 MnO 2 的催化
OER 动力学和催化活性得到明显提升 [57] 。BERA 等 [63] 性能。与纯 MnO 2 相比，碳点（CDs）的引入可增大
以高锰酸钾和草酸锰为原料，通过水热法与焙烧法 MnO 2 的比表面积，提高导电性，以获得更加优异的
联用，制备了不同 Ni 掺杂量的 MnO 2 -Ni 电极（图 OER 催化活性 [59] 。多孔基体可作为 MnO 2 活性相生
4a），并对比分析了 Ni 掺杂量对 MnO 2 电极 OER 催 长的载体，形成自支撑构型的集成式结构。这种电
化性能的影响。在电化学反应过程中，电极表面的 极结构具有更大的比表面积和丰富的活性位点，保
晶体结构会发生晶格畸变（即 JT 效应），导致晶格 障导电性的同时提供良好的传质（电解液和气泡）
发生膨胀或收缩。MnO 2 -Ni 0.02 在 OER 过程中发生了 特性，有利于提高 MnO 2 电极的催化活性和稳定性。
晶格收缩，在晶格收缩过程中，Mn 和 Ni 原子核外 例如，ZHAO 等 [62] 以高锰酸钾为原料，通过水热法
电子将发生跃迁，导致核外电子在电子轨道中被重 在多孔泡沫镍（NF）基体上原位合成了具有出色
新分配。MnO 2 晶格中 Ni 原子的掺入促进了氧桥中 OER 和析氢反应（HER）电催化性能的双层 δ-MnO 2
4+
π-π 键的相互作用，使电子从 Ni 位点向 Mn 位点转 纳米片。 在 1.0 mol/L KOH 电 解液中，双 层
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移（图 4b），从而优化了 Mn 4–δ 位点的电子结构，提 δ-MnO 2 /NF 电极驱动 10 mA/cm 的 OER 过电位和
高了 MnO 2 -Ni 电极的导电性和 OER 催化活性。当 Tafel 斜率分别为 320 mV 和 40 mV/dec。

e g 和 t 2g 代表 Mn 和 Ni 原子核外的不同电子轨道
4+
图 4 Ni 掺杂 MnO 2 合成示意图（a）；Ni 位点通过氧桥向 Mn 转移电子示意图（b）；线性扫描曲线（测试溶液为 0.1 mol/L
KOH，扫速为 5 mV/s）（c）；Tafel 斜率（d） [63]
4+
Fig. 4 Schematic diagram of Ni-doped MnO 2 synthesis (a); Schematic diagram of electron transfer from Ni site to Mn ion
via oxygen bridge (b); Linear sweep voltammetry curve (test solution is 0.1 mol/L KOH with a sweep rate of 5 mV/s)
(c) and corresponding Tafel slopes (d) [63]