空心ZnMn2O4纳米球和纳米立方体的室温合成及氧还原催化性能

高等学校化学学报 ›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (3): 595.

空心ZnMn2O4纳米球和纳米立方体的室温合成及氧还原催化性能

王洪波,程方益,陶占良,梁静,陈军

南开大学新能源材料化学研究所, 先进能源材料化学教育部重点实验室, 天津 300071

收稿日期:2010-10-22 修回日期:2010-12-06 出版日期:2011-03-10 发布日期:2011-02-23
通讯作者: 梁静 E-mail:liangjing@nankai.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 20701021)、国家“九七三”计划项目(批准号: 2009CB220003)、教育部创新团队项目(批准号: IRT0927)、天津市应用基础及前沿技术研究项目(批准号: 08JCZDJC21300, 10SYSYJC27600)和中央高校基本科研业务费专项资金资助.

Room-temperature Synthesis and Oxygen-reduction Catalytic Performance of Hollow ZnMn2O4 Nanospheres and Nanocubes

WANG Hong-Bo, CHENG Fang-Yi, TAO Zhan-Liang, LIANG Jing*, CHEN Jun

Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education, Institute of New Energy Material Chemistry, Nankai University, Tianjin 300071, China

Received:2010-10-22 Revised:2010-12-06 Online:2011-03-10 Published:2011-02-23
Contact: Jing LIANG E-mail:liangjing@nankai.edu.cn
Supported by:
国家自然科学基金(批准号: 20701021)、国家“九七三”计划项目(批准号: 2009CB220003)、教育部创新团队项目(批准号: IRT0927)、天津市应用基础及前沿技术研究项目(批准号: 08JCZDJC21300, 10SYSYJC27600)和中央高校基本科研业务费专项资金资助.

摘要/Abstract

摘要： 室温条件下，在含有Zn2+的溶液中，以空心结构的MnO2作为前驱体，使用NaBH4作为还原剂，合成了尖晶石型的ZnMn2O4纳米空心球和纳米空心立方体. 通过XRD，SEM，TEM，BET等测试手段对合成产物的结构、形貌、组成、表面性质进行了表征. 实验结果表明，所制备的空心结构ZnMn2O4纳米球和纳米立方体的尺寸在400?600 nm, 空心结构的壳层是由5?6 nm颗粒紧密堆积而形成，厚度约为40 nm. 将所制备的纳米ZnMn2O4空心结构应用于氧还原（ORR）反应中，研究了其在碱性溶液中的氧还原电催化性能，结果显示，相对于ZnMn2O4纳米空心立方体，ZnMn2O4纳米空心球在氧还原反应中表现出较大的电流密度和高的电子转移数 (n=3.5), 具有较好的氧还原电催化性能，有望成为一种新型的氧还原电极电催化剂.

关键词: 室温合成, 空心结构, ZnMn2O4, 氧还原

Abstract: This paper reports on the room-temperature synthesis of ZnMn2O4 spinels. The formation of hollow ZnMn2O4 with nanospheres and nanocubes structures is accomplished by reduction of amorphous MnO2 precursors using NaBH4 in aqueous solution containing Zn2+. The structure, morphology, composition and surface properties of the as-prepared products are characterized by X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) measurements. It is found that the size of as-prepared hollow ZnMn2O4 nanospheres and nanocubes is about 400?600 nm with wall thickness of 40nm, and that the walls of the hollow ZnMn2O4 nanostructures are densely aggregated by tiny particles with diameter of 5?6 nm. Furthermore, the activities of for oxygen reduction reaction (ORR) in alkaline media of the as-prepared hollow ZnMn2O4 nanospheres and nanocubes are also investigated. The experimental results show that the hollow ZnMn2O4 nanospheres exhibits better electrocatalysis performance with a high current density and an electron transferred number of 3.5, indicating their promising application as low-cost catalysts for ORR.

Key words: Room-temperature synthesis, Hollow nanostructures, ZnMn2O4, Oxygen reduction

中图分类号:

O611.4

TrendMD:

王洪波程方益陶占良梁静陈军. 空心ZnMn2O4纳米球和纳米立方体的室温合成及氧还原催化性能. 高等学校化学学报, 2011, 32(3): 595.

WANG Hong-Bo, CHENG Fang-Yi, TAO Zhan-Liang, LIANG Jing*, CHEN Jun. Room-temperature Synthesis and Oxygen-reduction Catalytic Performance of Hollow ZnMn2O4 Nanospheres and Nanocubes. Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(3): 595.

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