東北大學李松：Mn5Co10Fe30Ni55Ox納米線催化劑的制備方法與應用

水或二氧化碳的電化學還原對于間歇生產的可再生能源的存儲具有很大的潛力，并且需要高活性的電催化劑來加速陽極上的水氧化。含有多種組分的金屬氧化物是很有前途的析氧反應（OER）電催化劑，但它們的開發需要全面徹底的實驗，其研究周期長、成本高。在本文中，研究者采用高通量實驗方案來尋找有效的OER氧化物電催化劑。結合噴墨打印技術和掃描電化學顯微鏡，快速制備了Mn-Co-Fe-Ni氧化物材料庫，并對其OER活性進行了篩選。研究發現Mn5Co10Fe30Ni55Ox的組成具有最高的催化活性。采用靜電紡絲法制備了相應組成的納米線催化劑，在10mA·cm-2的電流密度和60.4mV·dec-1的Tafel斜率下實現了280mV的低過電位。

圖1.Mn-Co-Fe-Ni氧化物庫的制備和電催化性能篩選的工作流程。

圖2.Mn-Co-Fe-Ni四元金屬氧化物薄膜陣列的配色方案（a）和光學圖像（b）。具有統一比率的四元金屬氧化物的橫截面（c）和俯視（d）SEM圖像。

圖3.（a）SECM示意圖。（b）基板IT圖、探針IT圖以及方波電位示意圖。

圖4.高通量測試結果圖。（a）篩選模式示意圖，（b）測試結果。

圖5.不同溫度下Mn5Co10Fe30Ni55Ox的圖像。（a-f）Mn5Co10Fe30Ni55Ox在450、500、550、600、650和700℃下的SEM照片，（g-i）Mn5Co10Fe30Ni55Ox在450、550和650℃下的TEM照片。

圖6.不同溫度下Mn5Co10Fe30Ni55Ox的XRD圖譜。

圖7.Mn5Co10Fe30Ni55Ox的XPS光譜。（a）全掃描光譜，（b）Mn2p，（c）Co2p，（d）Fe2p，（e）Ni2p，（f）O1s。

圖8.1M KOH溶液中的析氧反應。（a）不同溫度下Mn5Co10Fe30Ni55Ox的極化曲線，（b）Tafel圖和（c）奈奎斯特圖。