陜西科技大學(xué)劉輝課題組報(bào)道了錳離子摻雜CuCo2O4電催化劑的電子結(jié)構(gòu)調(diào)整對材料OER性能的影響，發(fā)現(xiàn)錳離子摻雜增強(qiáng)了CuCo2O4催化劑中的Co2+/Co3+比值和氧空位濃度，其有利于電催化活性的提高。
鈷基尖晶石材料由于其低成本、高的催化活性和穩(wěn)定性而作為電催化劑被廣泛應(yīng)用于電解水制氫。但與貴金屬氧化物（RuO2和IrO2）相比，其催化活性仍差之甚遠(yuǎn)。進(jìn)一步提升其電催化活性成為鈷基尖晶石取代貴金屬氧化物在電催化領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。
現(xiàn)有研究工作主要通過導(dǎo)電基體材料負(fù)載鈷基尖晶石的方法提高其OER催化活性，復(fù)合催化劑中基體材料不僅提供大的比表面積，還提供高的導(dǎo)電性從而增強(qiáng)其電催化活性，然而鈷基尖晶石本征電催化活性并未有明顯改善。離子摻雜是改變氧化物材料表面電子結(jié)構(gòu)，提升氧化物電催化活性的一種手段，本研究通過錳離子摻雜CuCo2O4調(diào)節(jié)其電子結(jié)構(gòu)，改善催化劑中的Co2+/Co3+比值并提高其氧空位濃度從而增強(qiáng)其OER性能。
圖1 CuCo2O4 催化劑和CuMn0.5Co2O4催化劑的X射線電子光譜和電子順磁共振波譜 基于前期研究基礎(chǔ)，劉輝課題組研究了錳離子摻雜濃度對CuCo2O4電催化劑本征OER性能的影響。研究結(jié)果表明：可變價的錳離子進(jìn)入CuCo2O4晶格，提高了CuCo2O4晶體中Co2+/Co3+比值和氧空位濃度。錳離子摻雜量為0.5mmol時，CuMn0.5Co2O4催化劑在10 mA cm-2的電流密度條件下?lián)碛?40 mV的過電勢和69.8 mV dec-1的塔菲爾斜率。雖然其OER性能不如報(bào)道的復(fù)合催化劑，但已經(jīng)與貴金屬氧化物OER性能接近，說明CuMn0.5Co2O4催化劑的本征OER性能具有一定的優(yōu)勢，為進(jìn)一步制備復(fù)合催化劑奠定了基礎(chǔ)。通過電催化穩(wěn)定性測試，CuMn0.5Co2O4催化劑循環(huán)1000次后仍有81.7%電流保持率，說明其具有較好的穩(wěn)定性可應(yīng)用于電催化領(lǐng)域。 圖2 錳離子摻雜CuCo2O4 催化劑的OER性能：（a）掃速為5 mV s-1的LSV曲線；（b）電流密度為10 mA cm-2 和20 mA cm-2分別對應(yīng)的過電勢；（c）塔菲爾斜率曲線；（d）過電勢為300 mV和400 mV計(jì)算的TOF值；(e) EIS圖譜；（f）CuMn0.5Co2O4 催化劑循環(huán)1000次前后的LSV；（g）CuMn0.5Co2O4 催化劑電催化穩(wěn)定性測試 論文信息 Tuning Electronic Structure of CuCo2O4 Spinel via Mn-Doping for Enhancing Oxygen Evolution Reaction Prof.?Dr. Xuanmeng He, Tong Qiao, Dr. Beijun Li, Zeqin Zhang, Dr. Shaolan Wang, Prof.?Dr. Xinzhen Wang, Prof.?Dr. Hui Liu ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202200933
