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MnO x /C und Me-MnO x /C (Me = Ni, Mg) Elektrokatalysatoren, die durch chemische Abscheidung von Manganoxid-Nanopartikeln auf Kohlenstoff hergestellt wurden, wurden durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Röntgendiffraktion (XRD) und chemische Analyse charakterisiert. Ihre Kinetik und der Mechanismus der Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) wurden in alkalischen KOH-Lösungen unter Verwendung der Rotierenden Plattenelektrode (RDE) und der Rotierenden Ring-Plattenelektrode (RRDE) untersucht. Das Dotieren der MnO x /C-Nanopartikel mit Nickel- oder Magnesium-Divalenzkationen kann deren Sauerstoffreduktionsaktivität erheblich verbessern. Infolgedessen weisen die Me-MnO x /C Elektrokatalysatoren spezifische oder mengenmäßige ORR-Aktivitäten nahe dem Benchmark von 10 Gew.-% Pt/C von E-TEK auf. Bei niedrigen ORR-Stromdichten zeigt der undotierte MnO x /C Elektrokatalysator eine Reaktionsordnung bezüglich P O 2 und OH - von 1 und −0.5, während ∂ E /∂log i ca. −59 mV dek -1 beträgt. Die Reaktionsordnung der ORR gegenüber OH - bleibt mit der Magnesiumdoping unverändert, während sie mit dem Nickel-Doping −2 wird. RRDE-Daten zeigen, dass das Dotieren der MnO x /C Elektrokatalysatoren die ORR in Richtung des Vier-Elektronen-Wegs lenkt. Der erste elektrochemische Schritt des 4-Elektronen-ORR-Mechanismus ist wahrscheinlich der quasi-Gleichgewicht-Protoneneinfügungsprozess in MnO 2, der zu MnOOH führt, während die zweite Elektronentransfer, die aus der Elektrosplitting des O 2,ads-Spezies besteht, der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist, der O ads und Hydroxid-Anion bildet. Die Anwesenheit der dotierten Metallkationen kann die intermediären Mn III /Mn IV-Spezies stabilisieren, die diesen zweiten Ladungstransfer zu Sauerstoff-Atomlagen unterstützen. Infolgedessen wird die ORR-Rate für die Me-MnO x /C Elektrokatalysatoren erhöht: Sie weisen eine bemerkenswerte ORR-katalytische Aktivität auf und führen zur quantitativen Bildung von OH - (Selektivität gegenüber dem 4-Elektronen-Weg).
Roche et al. (Fri,) haben diese Frage untersucht.