Порфирин кобальта(II) со связанным имидазолом для эффективного восстановления кислорода и электрокатализа выделения

16 февраля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Китайской академии наук

Электрокаталитические реакции восстановления и выделения кислорода происходят в различных топливных элементах, металло-воздушных батареях и в устройствах для расщепления воды. Масштабное использование благородных металлов и их комплексов в промышленности ограничено их малой распространенностью и высокой стоимостью.

Недавно несколько комплексов переходных металлов первого ряда были идентифицированы как активные электрокатализаторы реакций восстановления кислорода (ORR) и реакции выделения кислорода (OER). Тем не менее, лишь немногие катализаторы эффективны как для ORR, так и для OER в одинаковых условиях, что имеет решающее значение для использования в перезаряжаемых металло-воздушных батареях.

Копорфирины в основном изучаются как катализаторы восстановления O2. Было показано, что помимо ORR, Co-порфирины являются эффективными электрокатализаторами OER. Однако, несмотря на эти достижения, разработка кобальт-порфиринов с высокой активностью и стабильностью как для электрокаталитического восстановления кислорода, так и для реакций выделения кислорода в тех же условиях все еще остается актуальной.

Недавно Руй Цао и Вэйцян Чжан из Педагогического университета Шэньси, Шуничи Фукузуми и Вону Нам из Женского университета Ихва и другие опубликовали письмо под названием «Порфирин кобальта (II) со связанным имидазолом для эффективного восстановления кислорода и электрокатализа эволюции» в журнале «Энергетика». Химия.

В цитохром-с-оксидазах (CcOs) Fe-порфирины с аксиальной гистидинимидазольной группой катализируют избирательное восстановление О2 до воды. Аксиальная имидазольная группа может увеличивать электронную плотность Fe и, таким образом, улучшать связывание и активацию O2 в центре Fe за счет электронного «эффекта толчка».

Вдохновленные природой, авторы сообщают о Co-порфирине 1 с имидазольной группой, присоединенной к основной цепи порфирина для аксиального связывания Co, в качестве активного бифункционального электрокатализатора для реакций восстановления и выделения кислорода. Кроме того, 1 использовался в качестве катализатора в воздушных электродах Zn-воздушных аккумуляторов. Полученная Zn-воздушная батарея продемонстрировала характеристики, сравнимые с батареями, изготовленными с использованием коммерческих материалов Pt/C и Ir/C.

Эта работа важна, поскольку она подчеркивает важную роль аксиальных лигандов в повышении ORR и OER и показывает потенциальное применение молекулярных катализаторов в технологиях преобразования и хранения энергии на основе электрокатализа.

Больше информации: Сялян Ли и др., Порфирин кобальта (II) со связанным имидазолом для эффективного восстановления кислорода и эволюционного электрокатализа, Журнал Energy Chemistry (2022). DOI: 10.1016/j.jechem.2022.10.010

Предоставлено Китайской академией наук