Page 9 - 《精细化工》2023年第11期

第 40 卷第 11 期 精 细 化 工 Vol.40, No.11
2 023 年 11 月 FINE CHEMICALS Nov. 2023

综论
二氧化锰基电催化材料研究进展

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邵伟春 ，郭孟伟 ，王恩泽 ，张启波 1,2*
（1. 昆明理工大学 冶金与能源工程学院，云南 昆明 650093；2. 昆明理工大学 省部共建复杂有色金属
资源清洁利用国家重点实验室，云南 昆明 650093）

摘要：二氧化锰（MnO 2 ）具有资源丰富、成本廉价、电化学性能优良等优点，被广泛应用于电催化、电化学储
能、生物医学和电致变色器等领域。该文总结归纳了 MnO 2 的结构特征及其合成方法；系统分析了 MnO 2 晶型、
微观形貌、电子结构与催化性能间的构效关系及其在构筑高效催化电极材料方面的应用及性能优化策略；综述
了 MnO 2 作为电极材料在电催化领域的最新研究进展，包括析氧、析氢、氮还原、尿素氧化、二氧化碳还原、
醇氧化；结合当前研究存在的问题，展望了 MnO 2 基催化电极材料的发展方向。
关键词：二氧化锰；电极材料；电催化；构效关系；性能优化
中图分类号：O643.36 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 11-2321-15

Recent advances in manganese dioxide-based electrocatalytic materials

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SHAO Weichun , GUO Mengwei , WANG Enze , ZHANG Qibo 1,2*
（1. School of Metallurgy and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093,
Yunnan, China; 2. State Key Laboratory of Complex Nonferrous Metal Resources Cleaning Utilization in Yunnan
Province, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, Yunnan, China）
Abstract: Manganese dioxide (MnO 2), with its advantages of abundant resources, low cost, and excellent
electrochemical performance, is widely used in electrocatalysis, electrochemical energy storage,
biomedicine, and electrochromic devices. In this review, the structural characteristics and synthetic methods
of MnO 2 were summarized. The structure-activity relationship between the crystal shape, microstructure,
electronic structure of MnO 2 and catalytic performance was then systematically analyzed, followed by
discussion on its application in constructing high-efficient catalytic electrode materials and performance
optimization strategy. The latest progress on application of MnO 2 as electrocatalysts in oxygen evolution,
hydrogen evolution, nitrogen reduction, urea oxidation, carbon dioxide reduction, and alcohol oxidation
were reviewed. Finally, the development direction of manganese dioxide-based catalytic electrode materials
was prospected based on the existing problems.
Key words: MnO 2; electrode materials; electrocatalysis; structure-activity relationship; performance
optimization

锰（Mn）的矿产资源丰富，在地壳中含量约为 其结构与性质之间存在密切联系。梳理 MnO 2 晶体
0.09%，仅次于过渡金属元素铁（含量为 4.75%）和 结构与性质间的对应关系，对指导先进 MnO 2 基电
[1]
钛（含量为 0.58%） 。调查发现，自然界存在超过 极材料的开发至关重要。
50 种锰氧化物或氢氧化物矿床。其中，常见的有软 MnO 2 晶体结构复杂多样，以混合晶型为主，通
锰矿（MnO 2 ）、水锰矿（Mn 2 O 3 •H 2 O）、黑锰矿（Mn 3 O 4 ） 常用 MnO x 来表示其分子式（x 为含氧量，即 O 与
[2]
以及褐锰矿（3Mn 2 O 3 •MnSiO 3 ） 。在已知锰氧化 Mn 的物质的量比），且 x 取值一般小于 2 [3-4] 。MnO 2
物中，二氧化锰（MnO 2 ）的晶型种类多达 20 余种， 是由 1 个 Mn 原子与 6 个相邻 O 原子组成的六方密

收稿日期：2023-01-09; 定用日期：2023-04-28; DOI: 10.13550/j.jxhg.20230023
基金项目：国家自然科学基金项目（52361039, 21962008）
作者简介：邵伟春（1997—），男，硕士生，E-mail：2218574838@qq.com。联系人：张启波（1984—），男，教授，E-mail：qibozhang@
kust.edu.cn。