随着能源消耗的增加以及对化石燃料的担忧，绿色和可持续能源的需求日益凸显[1,2]。氢气在使用后能够释放大量能量且排放清洁，因此被视为化石燃料最有前途的替代品之一[3,4]。质子交换膜水电解（PEMWE）由于具有高质子传导性和宽工作功率范围，已成为生产绿色氢气的有效方法，并且与间歇性电源兼容[5,6]。然而，酸性氧演化反应（OER）涉及四电子转移过程，其动力学较慢，仍然是该技术的主要瓶颈[7]。包括低pH值（约1）、高电位、高电流密度和强氧生成在内的恶劣操作条件对电催化剂提出了重大挑战[8]。尽管贵金属催化剂在酸性环境中表现出色，但由于其稀缺性、高成本和有限的稳定性，限制了其广泛应用[9]。因此，开发高效、稳定且低成本的非贵金属催化剂是促进PEMWE广泛应用的可行策略[10]。
过渡金属氧化物因其低成本和可调结构而成为有前景的候选材料[11]。其中，尖晶石型AB2O4材料特别具有吸引力[12]。在尖晶石氧化物中，过渡金属阳离子占据八面体和四面体位点，其中八面体配位的阳离子通常作为OER的主要活性中心[13]。金属离子之间的混合价态和电荷转移有助于反应动力学[14]。缺陷工程，尤其是阴离子空位的创建，是提高OER性能的有效策略[15]。氧空位可以调节电子结构，优化反应中间体的吸附，暴露更多未饱和位点，并降低O–O键形成的能量障碍[15],[16],[17]。此外，缺陷位点可能在催化过程中促进表面重构，从而形成更活跃的表面物种，提高活性和稳定性[18,19]。
研究表明，锰掺杂可以提高金属氧化物催化剂在酸性条件下的OER性能[20]。锰的引入有助于生成和稳定氧空位，这些空位作为活性位点并调节中间体的吸附[21]。形成的Mn–O-M单元增强了金属位点之间的协同效应，加强了金属-氧键，并抑制了金属在酸中的溶解，从而提高了结构稳定性[22,23]。因此，结合锰掺杂和空位工程为设计适用于酸性环境的活性和稳定的OER催化剂提供了一条可行途径[23]。
基于此，本研究通过锰掺杂和可控蚀刻的联合策略改进了尖晶石型Co3O4在酸性介质中的氧演化反应性能。表征结果表明，锰的引入有效诱导了氧空位的形成，并显著降低了钴的平均氧化态，从而整体提高了材料在酸性介质中的结构稳定性。随后的蚀刻处理进一步增加了氧空位浓度，并优化了材料的电子结构和表面活性位点分布。得益于这些协同改性，制备的Mn–Co3O4-x催化剂在酸性条件下表现出优异的OER性能：仅需360 mV和468 mV的过电位即可分别实现10 mA cm−2和100 mA cm−2的电流密度，Tafel斜率为54.4 mV dec−1−2的电流密度下可稳定运行超过40小时，与纯Co3O4和未蚀刻的Mn–Co3O4相比，综合性能显著提升。
