Page 15 - 《精细化工》2023年第11期

第 11 期 邵伟春，等: 二氧化锰基电催化材料研究进展 ·2327·

计算分析发现，双层 δ-MnO 2 纳米片良好的 OER NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 电极的 OER 催化性能，其催化机理
催化性能，归因于电极表面丰富的 O 空位和 Mn 3+ 如图 5b 所示。在 1.0 mol/L KOH 电解液中，
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活性位点，增强了电极导电性和水吸附性能。类似地， NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 驱动 100 mA/cm 所需 OER 过电位
XIONG 等 [64] 以高锰酸钾和硫代乙酰胺（TAA）为原 仅为 348 mV，Tafel 斜率仅为 61 mV/dec，且在该电
料，通过水热法在 NF 上合成了自支撑型 NF-Ni 3 S 2 / 流密度下稳定工作 48 h 后仍保持较好的形貌
MnO 2 复合电极。原位生长的 NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 电极呈 （图 5c~e）。此外，通过电极结构设计，构建多孔
–
现出分层异构排列特征，并暴露出大量的 HER/OER 结构的 MnO 2 -NiFe/Ni 复合电极，可促进 OH 反应物
活性异质界面（图 5a）。这些分级异质界面有利于 在电极表面的渗透和 O 2 的释放，从而增强其 OER
–
OH 在电极 表面被有效吸附和转化，增强了 催化性能 [65] 。

图 5 NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 合成示意图（a）；NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 催化析氧示意图（b）；不同电极在 1 mol/L KOH 中的 OER 极化曲线
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[64]
（c）以及对应的 Tafel 斜率（d）；1 mol/L KOH 中，NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 在 100 mA/cm 下的稳定性测试曲线及其形貌（e）
Fig. 5 Schematic diagram of NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 synthesis (a); Schematic diagram of OER mechanism on NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 (b);
OER polarization curves of different electrodes obtained in 1 mol/L KOH (c), and corresponding Tafel slopes (d);
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Stability test curve obtained on NF-Ni 3 S 2 /MnO 2 at 100 mA/cm in 1 mol/L KOH and SEM image (e) [64]

构筑分级纳米结构可显著增大电极的电化学活 YE 等 [79] 对 FeMn-MOF 前驱体进行炭化处理，制备
性面积，暴露出丰富的活性位点；同时，分级多孔 了具有良好 HER 性能的多孔 FeC/MnO 2 催化剂（图
结构可促进活性物质传输，增强电极的催化活性。 6a）。这种多孔结构利于电解质的渗透，加速反应过
大量研究表明，基于三维多孔基体，如 NF [62,64-71] 、 程中的物质交换；同时，FeC 与 MnO 2 之间的协同
[72]
泡沫铜（CF） 、碳纸（CP） [60,73-74] 、钛网（Ti） [75-76] 、 作用可调控电子分布，促进电子的转移，增强了
碳纳米管-石墨烯-泡沫镍（CNT-GPE-NF） [77-78] 等构 FeC/MnO 2 的导电性（图 6b、c）。在 1 mol/L KOH
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筑的三维 MnO 2 基电极展现出优异的 OER 催化性 中，FeC/MnO 2 驱动 10 mA/cm 所需 HER 过电位仅
能。多孔基体与 MnO 2 催化材料之间的协同效应， 为 104 mV（图 6d），且能稳定工作 40 h（图 6e）。
进一步提升电极的催化活性和稳定性。 SHIBLI 等 [46] 通过化学镀制备了 Ni-P-TiO 2 -MnO 2 复
4.2 析氢反应（HER） 合涂层，在质量分数为 32%的 NaOH 溶液中，施加
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MnO 2 基电极作为电解水催化材料，在阴极 HER 142 mV 的过电位可获得 250 mA/cm 的催化电流。
过程中同样表现出良好的电催化活性。通过改善 WEI 等 [71] 通过原位电化学法将高分散的金属铂团簇
MnO 2 的电极结构、增大活性表面积和优化合成方法 （Pt AC ）锚定在 MnO 2 的 Mn 空位上，得到了 Pt AC -
等方式，可有效提高电极的 HER 催化性能。例如： MnO 2 复合电极。