MnFe₂O₄纳米晶在碱性溶液中作为氧还原反应（ORR）电催化剂显示出良好的应用前景，但其作为高有序薄膜催化剂的研究较少。

近日，奥本大学Ryan B. Comes，Byron H. Farnum采用分子束外延技术在(001)和(111)取向的Nb：SrTiO₃钙钛矿衬底上生长了MnFe₂O₄和Fe₃O₄外延薄膜，将它们用于电催化ORR，以考察表面端基作用和Mn、Fe位占有率的影响。

文章要点

1）高分辨X射线衍射(HRXRD)和X射线光电子能谱(XPS)表明，所合成的材料具有纯相，而扫描透射电子显微镜(STEM)和反射高能电子衍射(RHEED)分析表明在(001)和(111)两种取向的衬底上都有(111)表面端面金字塔的岛状生长，这与文献报道一致，并归因于尖晶石薄膜与钙钛矿衬底之间的晶格失配。

2）通过对比MnFe₂O₄和Fe₃O₄在N₂气氛下的循环伏安曲线，发现MnFe₂O₄和Fe₃O₄在Mn和Fe表面端基时具有不同的ORR特征。在O₂气氛下，，在Mn和Fe氧化还原特征下观察到电催化ORR。然而，只有在与Fe还原一致的电位下才能获得扩散限制电流。

3）这一结果与文献报道的纳米晶MnFe₂O₄在锰基催化下获得扩散限制电流的结果形成了鲜明对比。这种差异归因于Mn表面端基的低密度，这是由在N₂下收集的CV的电流积分所决定，此外，由于反转程度的原因，通过MnFe₂O₄薄膜的电导率很低。如此低的密度归因于合成方法和岛状生长模式，并突出了用单晶尖晶石材料研究ORR催化的挑战。

参考文献

Alexandria R. C. Bredar, et al, Oxygen Reduction Electrocatalysis with Epitaxially Grown Spinel MnFe₂O₄ and Fe₃O₄, ACS Catal. 2022

DOI: 10.1021/acscatal.1c05172

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c05172