氧析出反应（OER）是电催化过程中一项重要的反应，在氢气产业中有着举足轻重的作用。锰氧化物是一种独特的过渡金属氧化物，能够有效地作为氧析出反应的催化剂。锰氧化物拥有多种不同的晶体结构，如MnO, Mn2O3, Mn3O4, MnO2等。通过表面工程的方法，可以调控锰氧化物的晶体结构及催化稳定性。等离子体表面处理技术具有快速和环保的优点，是一种引入表面缺陷的优良方法。等离子体处理技术在调控电催化剂的化学和物理性质方面非常有效。作为一种在极端条件下的反应环境，氧气大气压等离子体射流（APPJ）包含多种高能粒子，如氧原子、氢氧自由基、氧离子和电子等。这些高能粒子会轰击催化剂的表面，使材料的微观结构、形貌和电子结构发生变化。
近日，浙江理工大学的蒋仲庆教授、秦楚博士通过电化学沉积法合成了锰氧化物（MnOx）薄膜，并对其进行大气压等离子体射流表面处理，作为稳定的析氧反应催化剂。等离子体射流处理能够在催化剂表面产生大量的氧空位，并改变MnOx薄膜的晶体结构，从而在高度氧化环境中稳定Mn3+的含量，并提高MnOx薄膜的长期稳定性。Mn3+含量的增加和材料中氧空位浓度的提高协同增强了OH*的吸附能力和MnOx薄膜在OER过程中的电子转移能力，使其对于OER的催化更为稳定、高效。
经过等离子体射流处理的MnOx薄膜在OER中的活性显著高于未处理的MnOx薄膜，其拥有更高的稳定性和更低的Tafel斜率。在电流密度为10 mA cm-2时，射流处理的MnOx薄膜可以保持稳定达92小时以上，起始过电位为310 mV。这一策略创新性地制备了混合价态的锰氧化物，并进行了表面修饰，成功合成了拥有稳定Mn3+组分的OER催化剂。该薄膜催化剂稳定性的显著提升证明了等离子体表面工程在稳定特定相方面的高效性。这一策略结合了等离子体表面处理和电沉积方法，并且可以应用于合成其他在水氧化中具有活性的半导体金属氧化物。
论文信息Plasma-Assisted Surface Engineering to Stabilize Mn3+ in Electrodeposited Manganese Oxide Films for Water Oxidation
