异质结催化剂因其有益的界面性质而在电化学反应中表现出突出的性能。然而，具有所需界面性质和电荷转移特性的异质结构催化剂的合理设计仍然具有挑战性。

近日，广州大学刘兆清报道了系统地研究了通过外延生长制备的异质结构SrMn₃O_6−x-SrMnO₃（SMO_x-SMO）和非外延合成法制备的SrMn₃O_6−x-Mn₃O₄（SMO_x-MO）的ORR性能。

文章要点

1）所有的材料都是通过微波消解法合成，然后进行后续的煅烧处理。前驱体在强碱环境中微波烧蚀后转化为SrMn(OH)_x，并进一步煅烧成SrMnO₃（SMO）。通过改变前驱体中Sr2+和Mn2+的比例，在750−950 °C温度下得到了SMO_x-SMO和SMO_x-MO。此外，在750 ℃下还合成了SrMnO₃(SMO)和Mn₃O₄(MO)，作为对比。

2）实验结果显示，SMO_x-SMO在碱性介质中表现出更出色的ORR性能，实现了0.74 V的半波电位（E_1/2）和0.2 V下5.46 mA cm^-2的极限电流密度（j）。

3）研究发现，SMO_x-SMO中大量存在的SrMn₃O_6−x形成了Mn-O-Mn电子传输通道，该通道促进了通过SMO_x-SMO异质结的电子传输。密度泛函理论计算表明，界面相的Mn d带中心接近费米能级，导致形成高价Mn³⁺/Mn⁴⁺，促进了SMO_x-SMO的ORR性能。OH*的产生是在SMO_x-SMO上ORR过程中的速率决定步骤。

4）研究结果表明，热力学稳定的SMO_x-SMO异质结的构建促进了界面电子的快速传输，减少了强吸附中间体对反应的阻碍，从而实现了接近理想的吸附和解吸动力学。

参考文献

Cheng Chen, et al, Epitaxially Growth of Heterostructured SrMn₃O_6−x-SrMnO₃ with High Valence Mn^3+/4+ for Improved Oxygen Reduction Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202109207

https://doi.org/10.1002/anie.202109207