Naturaleza del óxido de manganeso activado para la evolución del oxígeno

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Las películas de óxido de manganeso (MnOx) depositadas por electrodos se exploran como catalizadores estables de la reacción de evolución del oxígeno (OER).
• Las películas iniciales de MnOx preparadas por deposición de potencial anódico constante muestran una actividad modesta, especialmente en medios ácidos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de los posibles protocolos de ciclo en el rendimiento catalítico de las películas de MnOx electrodeposadas.
• Para aclarar el mecanismo detrás de la mejora de rendimiento observada después de la activación.

Principales métodos:

• Deposición electroquímica de las películas de MnOx.
• Activación a través de posibles protocolos de ciclo.
• Análisis Tafel para cuantificar la actividad catalítica.
• Métodos de caracterización electroquímica, espectroscópica y estructural.

Principales resultados:

• La activación reduce significativamente la pendiente de Tafel, lo que indica una cinética OER mejorada (por ejemplo, de ~ 650 a ~ 90 mV / década en soluciones ácidas).
• El proceso de activación implica una transformación de fase de MnOx parecido a la birnesita (δ-MnO2) a un intermedio parecido a la hausmanita (α-Mn3O4) seguido de la formación de una fase parecida a la birnesita altamente activa y desordenada.
• El MnOx activado muestra un aumento de dos órdenes de magnitud en la densidad de corriente a pH 2,5 en comparación con el material original, acercándose al rendimiento de los óxidos de metales nobles.

Conclusiones:

• El ciclo de potencia es una estrategia de activación eficaz para los catalizadores de evolución de oxígeno MnOx electrodepositados.
• La actividad aumentada proviene de una transformación de fase reversible que conduce a una estructura de MnOx desordenada y altamente activa.
• El MnOx activado presenta una alternativa prometedora y rentable a los catalizadores de metales nobles para la evolución del oxígeno en entornos ácidos.