均匀分散MnCo2O4纳米颗粒/α-MnO2纳米管异质界面工程：高效氧还原反应电催化剂的设计与性能突破

为解决燃料电池和金属-空气电池（MABs）中氧还原反应（ORR）催化剂成本高、稳定性差的问题，南京工业大学研究人员通过异质界面工程策略，构建了均匀分散的MnCo2O4纳米颗粒/α-MnO2纳米管复合催化剂（MCM-T）。该研究通过调控煅烧温度优化材料形貌与电子结构，MCM-450在0.1 M KOH中表现出卓越的ORR活性（半波电位0.78 V vs. RHE）和稳定性，其组装的液态铝-空气电池（LAABs）性能超越商用Pt/C催化剂。该工作为过渡金属氧化物（TMOs）催化剂设计提供了新思路，推动可持续能源存储技术发展。

　　

能源危机下的绿色突围：高效ORR催化剂如何破局？
化石能源的枯竭与环境污染迫使人类寻找清洁替代能源。金属-空气电池（MABs）因其超高能量密度（如铝-空气电池理论容量达8040 mAh cm^?3）和环保特性成为研究热点，但其商业化受限于氧还原反应（ORR）的缓慢动力学。传统铂基催化剂虽高效，但高昂成本阻碍大规模应用。南京工业大学团队在《Applied Surface Science》发表的研究，通过巧妙的异质界面工程，将MnCo₂O₄纳米颗粒锚定在α-MnO₂纳米管上，打造出性能超越铂基材料的非贵金属催化剂。

关键技术方法
研究采用两步法合成策略：先通过水热法制备α-MnO₂纳米管载体，再通过煅烧（450-900℃）调控MnCo₂O₄纳米颗粒尺寸。利用FESEM、XPS等技术分析形貌与电子结构，通过旋转圆盘电极测试ORR活性，并组装液态铝-空气电池验证实际性能。

研究结果
1. 材料制备与结构表征
煅烧温度显著影响MnCo₂O₄粒径（450℃时约70 nm），α-MnO₂纳米管的管状结构为颗粒分散提供理想载体。XPS显示MCM-450具有最高的(Mn³⁺+Mn⁴⁺)/Mn²⁺比值，表明丰富的活性价态。

2. ORR电催化性能
MCM-450在碱性介质中展现最优ORR活性：起始电位（E_onset）0.83 V，半波电位（E_1/2）0.78 V，极限电流密度6.46 mA cm^?2，优于其他温度样品和商用Pt/C。

3. 电池实际应用
基于MCM-450的LAABs实现峰值功率密度151.1 mW cm^?2、放电平台1.37 V和比容量875.6 mAh g^?1，较Pt/C提升45.6%。

结论与意义
该研究通过异质界面工程成功调控了TMOs催化剂的电子结构与表面性质，揭示了煅烧温度-形貌-性能的构效关系。MCM-450的高活性源于三大优势：（1）分级多孔结构提供充足活性位点；（2）MnCo₂O₄与α-MnO₂的协同效应促进电荷转移；（3）优化的Mn价态分布加速氧中间体转化。这项工作不仅为设计高效ORR催化剂提供了新范式，更为推动金属-空气电池的实用化进程奠定了材料基础。