Reiche Oberflächen-Sauerstofffehlstellen von MnO2 zur Verbesserung der elektro-katalytischen Sauerstoffreduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen

Die Entwicklung von Katalysatoren für die elektrochemischen Sauerstoffreaktionen, nämlich die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) und die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER), ist entscheidend für die Anwendung verschiedener erneuerbarer Energietechnologien. Ziel dieser Arbeit ist es, einen kostengünstigen MnO2-Elektrokatalysator mit hoher Aktivität für die ORR und OER durch die Einführung von Oberflächen-Sauerstofffehlstellen (OVs) herzustellen. Hierbei wurde das Verfahren der thermischen Behandlung unter Luft oder H2 als eine effiziente Methode zur Schaffung von OVs an der Oberfläche von α-MnO2 und β-MnO2-Nanoröhren demonstriert, die sich als hochaktiv für sowohl ORR als auch OER erwiesen haben. Die Existenz von Oberflächen-OVs kann die intrinsische Aktivität von α-MnO2 und β-MnO2 modulieren und deren ORR- und OER-Kinetik verbessern. Noch wichtiger ist, dass das H2-behandelte MnO2 wesentlich mehr Oberflächen-OVs aufweist und somit im Vergleich zu MnO2, das durch gängige Annäherungsverfahren unter Luft gewonnen wurde, viel bessere katalytische Leistungen für ORR und OER zeigt. Besonders die H2-behandelten α-MnO2-Nanoröhren zeigen die beste Aktivität für die ORR und OER. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Heizbehandlung unter einer H2-reduzierenden Atmosphäre ein einfacher und effizienter Prozess sein kann, um bifunktionale Mn-basierte Elektrokatalysatoren für elektrochemische Sauerstoffreaktionen zu entwickeln.