具有超长酸性OER稳定性的Mn基催化剂

研究背景

  酸性水电解槽PEM是一种很有前途的技术。然而，析氧反应的催化剂（OER）在酸性环境中容易腐蚀，导致严重不稳定。只有少数贵金属基催化剂（例如，IrO2）耐腐蚀，目前正用于酸性水氧化。因此需要改善贵金属催化剂的性能或开发贵金属催化剂无金属催化剂来实现酸性水电解槽PEM广泛应用。因为在酸性介质中的OER锰基材料存在一个稳定的电位窗口使锰基材料作为OER的活性催化剂。但是迄今为止普遍考虑的锰基材料都有相当高的过电位和较差的电子传导率。

研究内容

  基于此，南开大学张晓丹、Michael Graetzel和丹麦技术大学王振斌等报告了一种具有成本效益且稳定的溴氧化锰(Mn7.5O10Br3)催化剂，在酸性电解质中表现出优异的OER活性。

研究要点

1. 材料的特点：卤素离子的存在为催化剂增强的电子传递能力，进一步加强OER性能。

       2. 在0.5M H2SO4中，当电流密度分别为10 mA cm-2时，Mn7.5O10Br3的过电位为298 mV，而且稳定性长达500 h。        3. 理论计算显示表面自氧化能加强电子的转移，改善材料的OER动力学过程。

课题组简介

  张晓丹，南开大学英才教授、博导，光电子薄膜器件与技术研究所，所长。天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室主任。中国可再生能源学会，理事；中国可再生能源学会光电专业委员会，副秘书长；天津市可再生能源学会，理事；《太阳能学报》和《太阳能》两刊编委；全国专业标准化技术委员会，委员。先后入选、科技部中青年科技创新领军人才计划、教育部新世纪优秀人才支持计划、天津市“131”创新型人才培养工程第一层次等；获天津市技术发明奖3项、天津青年科技奖、天津市巾帼发明家新秀奖。主持正在承担或已完成科技部“863”、“973”、国家基金、天津市科技支撑项目、天津基金项目等10余项。在薄膜沉积过程中等离子体诊断与模拟、器件质量级本征和掺杂层材料生长机理、单室沉积高效微晶硅电池、先进光管理的理论设计与实现和产业化非晶/微晶硅叠层电池组件关键技术研发等方面，取得了系列研究成果。作为第一或通讯作者在Energy Environmental Science、Sol. Energy Mater. Sol. Cells、Appl. Phys. Lett.、Nano Energy等刊物上发表SCI或EI收录文章近百篇；以第一发明人获授权发明专利22项；获5项达国际先进水平的省部级鉴定成果。

文献信息

Efficient and stable noble-metal-free catalyst for acidic water oxidation. Nat. Commun. 2022, 13, 2294.

DOI: org/10.1038/s41467-022-30064-6.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30064-6

转自： 科研手记

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