Trace Cr(OH)3 modified α-MnO2 electrocatalyst intercalated by Ag+ with superior activity and stability for oxygen reduction reaction

电催化剂 催化作用 限制电流 氧气 吸附 化学 扩散 化学工程 氧化还原 材料科学 无机化学 电极 电化学 物理化学 有机化学 工程类 热力学 物理
作者
Xuekun Jin,Minghua He,Fengjuan Chen,Kezhi Li,Junyong Min,Ziyu Wang,Junhua Li,Jianjun Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:464: 142712-142712 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142712
摘要

To achieve the practical application of MnO2-based oxygen reduction electrocatalysts, two important issues in terms of slow electrochemical kinetics and low stabilities must be resolved. In this work, α-MnO2 nanorods intercalated by Ag+ and decorated by trace amounts of Cr(OH)3 were designed by a simple two-step solution method to improve the electrocatalytic activity. The resulting catalysts exhibited efficient oxygen reduction reaction (ORR) activity with a high half-wave potential (E1/2 = 0.85 V vs RHE) and diffusion-limiting current density (Jlim = -5.99 mA cm−2) comparable to commercial 20 wt% Pt/C catalysts. More importantly, the catalysts displayed a more durable performance after 10 h in terms of the decrease in electrochemical current (3.5 %), much lower than that of Pt/C catalysts (9.1 %). The excellent electrocatalytic activity was attributed to the synergistic effects between MnO2, Ag+ and Cr(OH)3, reduced the charge transfer resistance of α-MnO2, adjusted the ratio of Mn3+/Mn4+, generated abundant oxygen vacancies, and promoted the adsorption and activation of surface O2. Furthermore, density functional theory calculations were also carried out to study the coupling interactions to reveal the mechanism of the excellent electrocatalytic performance. This study provides a co-modification strategy for the design of MnO2-based efficient and stable oxygen reduction electrocatalysts.
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