Polymorph γ-MnO2 with Optimal Phase Composition for Stable Oxygen Evolution Reaction in Acid

氧气 作文(语言) 相(物质) 析氧 化学 化学工程 材料科学 有机化学 物理化学 电化学 哲学 语言学 电极 工程类
作者
Lei Zhu,Shuang Kong,Yimeng Sun,Qinqin Hu,Pengfei Zhang,Ailong Li,Kiyohiro Adachi,Daisuke Hashizume,Ryuhei Nakamura,Taifeng Liu,Can Li,Hongxian Han
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c06977
摘要

The development of non-noble-metal oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts stable in acid to replace rare and expensive iridium catalysts is crucial yet challenging for the large-scale application of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis technology. Here, we show that increasing the Pr (pyrolusite ratio) in γ-MnO2 from 73% to 84% results in about 10 times longer durability at a high working current density of 100 mA cm–2 in 1 M H2SO4 for more than 1000 h. Dramatic stability enhancement is due to the inhibition of lattice Mn or O dissolution by leveraging the formation of more stable corner-shared pyrolusite MnO6 octahedra with a higher oxidation state of Mn, fewer defects, a shorter Mn–O bond distance, an increase in stable mono-oxo-bridged Mn–O–Mn pyrolusite MnO6 octahedra, and a decrease in di-oxo-bridged Mn–O2–Mn ramsdellite MnO6 octahedra with more Mn–Mn tension. Because polymorph materials like γ-MnO2 are quite common in nature, phase composition turning may serve as an effective strategy for the development of stable OER catalysts in acidic environments.
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