Shape influence of β-MnO2 on catalytic activity in the oxygen reduction reaction in alkaline media

• Cruz-Reyes, Iván ^[1] ; Félix-Navarro, Rosa María ^[1] ; Trujillo-Navarrete, Balter ^[1]
  1. [1] Tecnológico Nacional de México

     Tecnológico Nacional de México

     México

     
• Localización: Pädi Boletín Científico de Ciencias Básicas e Ingenierías del ICBI, ISSN-e 2007-6363, Vol. 13, Nº. 25, 2025 (Ejemplar dedicado a: Manuscripts accepted postprint (July 2025))
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Influencia de la forma del β-MnO2 sobre la actividad catalítica en la reacción de reducción de oxígeno en medios alcalinos
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  • español

    Rutile-phase β-ΜnO2 nanostructures were produced using the hydrothermal method. The nanostructures were in the form of rods, and their hierarchical architecture to those resembling a dandelion flower were compared. The morphology was examined through scanning/transmission electron microscopy (SEM/TEM), the Rietveld refinement technique, and surface area analysis, while the oxidation states were determined using X-ray Photoelectron Spectroscopy-Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (XPS-UPS). Both nanostructures were evaluated as catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) in alkaline environments. The results suggest that introducing shape increased the specific surface area and the Mn4+/Mn3+ ratio. This variation can be attributed to the microstructural changes. The ORR was facilitated by a four-electron mechanism, increasing current density. This enhancement was observed, as well as in rod-shaped and dandelion-shaped structures. Hydrogen peroxide (H2O2) production rates were determined using a rotating ring-disk electrode (RRDE), which was less than 20% in dandelion compared to nanorods. This study enhances our understanding of β-ΜnO2 catalysts and highlights their potential in the energy conversion.

  • English

    Las nanoestructuras de β-ΜnO2 en fase rutilo se produjeron utilizando el método hidrotermal. Las nanoestructuras tenían forma de varillas, y se comparó su arquitectura jerárquica similar a una flor de diente de león. La morfología se examinó mediante SEM/TEM, la técnica de refinamiento de Rietveld y análisis de área de superficie, mientras que los estados de oxidación se determinaron mediante XPS-UPS. Ambas nanoestructuras fueron evaluadas como catalizadores para la ORR en ambientes alcalinos. Los resultados sugieren que la introducción de forma aumentó la superficie específica y la relación Mn4+/Mn3+. Esta variación se puede atribuir a los cambios microestructurales. La ORR fue facilitada por un mecanismo de 4e-, aumentando la densidad de corriente. Esta mejora se observó en las estructuras con forma de varillas y diente de león. Las tasas de producción de peróxido de hidrógeno (H2O2) se determinó utilizando un electrodo de disco de anillo giratorio (RRDE), la cual fue menor al 20% en el diente de león en comparación con las nanobarras. Este estudio permite mejorar nuestra comprensión de los catalizadores de β-ΜnO2 y destaca su potencial en la conversión de energía.