火焰喷涂与电沉积制备γ-MnO2涂层的对比研究：光（电）催化降解染料性能增强

《Inorganic Chemistry Communications》：Comparative study of γ-MnO 2 coatings fabricated by flame spray and electrodeposition for enhanced photo(electro)catalytic dye degradation

　　本文系统对比了电沉积与火焰喷涂两种技术制备的γ-MnO2涂层在光催化（PC）、电催化（EC）及光 electrocatalytic（PEC）降解亚甲基蓝（MB）中的性能差异。研究表明，火焰喷涂涂层因其更负的平带电位（-1.20 VAg/AgCl）、更高电活性面积及疏水性，展现出更优的EC（82.3%）与PC（59%）活性；而两种涂层在PEC过程中均实现约96%的高降解率，揭示了结构-功能关系对催化剂设计的重要性。

　　

涂层制备与表征

实验采用直径16 mm、厚3 mm的商用钛盘作为基底。电沉积样品经80至1200目砂纸打磨、乙醇超声清洗、蒸馏水冲洗后，在30%硫酸中蚀刻1分钟；火焰喷涂样本则经刚玉颗粒喷砂处理。

涂层的物相分析

图2a展示了电沉积涂层的XRD衍射图谱。涂层较薄，因此可检测到钛基底衍射峰。在21.1°、25.6°、33.4°、38.1°、40.9°和61.2°处出现的衍射峰分别对应γ-MnO₂（COD-96-901-1547）的（101）、（201）、（400）、（111）、（211）和（610）晶面。从MnSO₄溶液中电沉积MnO₂时，γ-MnO₂为主要生成相。

结论

本研究通过电沉积（S2-ED）和火焰喷涂（S1-FS）技术成功制备了γ-MnO₂涂层，并通过MB降解系统评估了其PC、EC及PEC性能。MB降解结果证实，尽管两种涂层均具显著催化活性，但S1-FS电极在所有方面均表现出更优的电化学行为：其具备更负的平带电位（E_fb，-1.20 V_Ag/AgCl）、更高氧析出电位（1.29 V_Ag/AgCl）及更大电活性表面积，疏水性表面进一步强化了EC性能（82.3%）。同时，S1-FS涂层因载流子寿命延长而呈现更高PC活性（59%）。值得注意的是，两种电极在PEC过程中达到相近效率（~96%），凸显了结构、电子与界面性质在PEC反应中的复杂协同机制。