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Controlled deposition of size-selected MnO nanoparticle thin films for water splitting applications: reduction of onset potential with particle size

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作者
Malak Khojasteh,Shima Haghighat,Jahan M. Dawlaty,Vladimir Z. Kresin
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:29 (21): 215603-215603 被引量:7
标识
DOI:10.1088/1361-6528/aab543
摘要

Emulating water oxidation catalyzed by the oxomanganese clusters in the photosynthetic apparatus of plants has been a long-standing scientific challenge. The use of manganese oxide films has been explored, but while they may be catalytically active on the surface, their poor conductivity hinders their overall performance. We have approached this problem by using manganese oxide nanoparticles with sizes of 4, 6 and 8 nm, produced in a sputter-gas-aggregation source and soft-landed onto conducting electrodes. The mass loading of these catalytic particles was kept constant and corresponded to 45%-80% of a monolayer coverage. Measurements of the water oxidation threshold revealed that the onset potential decreases significantly with decreasing particle size. The final stoichiometry of the catalytically active nanoparticles, after exposure to air, was identified as predominantly MnO. The ability of such a sub-monolayer film to lower the reaction threshold implies that the key role is played by intrinsic size effects, i.e., by changes in the electronic properties and surface fields of the nanoparticles with decreasing size. We anticipate that this work will serve to bridge the knowledge gap between bulk thick film electrocatalysts and natural photosynthetic molecular-cluster complexes.
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