王鹏, 靳遵龙, 陈宁光, 刘勇豪

无机材料学报 2022, 37 (5): 541-546. DOI:10.15541/jim20210280

摘要（519）

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析氧反应(Oxygen Evolution Reaction, OER)在解决能源短缺和环境问题中扮演了重要角色, 但需要巨大的过电位克服缓慢的动力学势垒, 因此开发高效电催化剂成为不可或缺的一步。本工作应用密度泛函理论研究了α-MnO₂(001)和Mo掺杂α-MnO₂(001)的电催化析氧反应性能, 根据反应路径计算了吉布斯自由能、态密度和差分电荷密度。研究结果表明Mo掺杂可以有效调节α-MnO₂(001)面的电子结构, 改善中间物和催化剂之间的脱吸附能力, 为OER提供更多的电子。吉布斯自由能结果表明Mo掺杂α-MnO₂(001)体系中*OOH生成O₂是发生OER的决速步骤, Mo掺杂降低了过电位, 产生的过电位为1.01 V, 表现出良好的析氧催化性能。

析氧反应通常发生在催化剂的表面, 基态α-MnO₂是非磁性体系[23], 实验中成功合成了暴露大部分(001)面的α-MnO₂, 因此选择(001)面来模拟OER催化性能, 优化的α-MnO₂(001)和Mo掺杂α-MnO₂(001)面结构如图1(a, b)所示。