Charge state manipulation induced through cation intercalation into MnO2 sheet arrays for efficient water splitting

析氧 插层(化学) 氧化态 催化作用 氧化还原 分解水 离子 价(化学) 过渡金属 材料科学 化学 氧气 无机化学 电化学 物理化学 电极 光催化 生物化学 有机化学
作者
Jun Lü,Hui Wang,Yuxiang Sun,Xuyun Wang,Xiaoming Song,Rongfang Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:417: 127894-127894 被引量:59
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.127894
摘要

The ability of the catalysts to catalyze oxygen evolution reaction (OER) is closely related to the electronic state of its active site. Herein, the electronic state of the MnO2 sheets assembled on nickel foams by hydrothermal reaction was tuned by the intercalated transition metal ions including Fe, Co and Ni. Cationic intercalation leads to the convert of manganese ions from a stable d3 (Mn4+) state to an unstable high-spin d4 state (Mn3+), and the reduction of the average chemical state of Mn species greatly increases the density of oxygen vacancies in the material, thereby improving the adsorption capacity of the material for free –OH when performing a catalytic reaction. Due to its higher valence state and oxidation activity, Fe3+ showed higher diffusion control contribution and produced more redox active sites in MnO2, which is in an advantageous position among all ions embedded in the MnO2 layer. Then achieving current density of 20 mA cm−2 on Fe-MnO2/NF only requires a driving voltage of 330 mV for OER. This work not only established a method to activate the self-generated oxygen vacancies by using electronic effects, but also provided new ideas for improving the OER performance of MnO2.
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