带有系链咪唑的钴(II)卟啉用于高效的氧还原和析出电催化

电催化氧还原和析氧反应发生在各种燃料电池、金属-空气电池和水分解装置中。贵金属及其配合物在工业中的大规模使用受到丰度低、成本高的限制。

最近，几种第一行过渡金属配合物已被确定为氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的活性电催化剂。然而，只有少数催化剂在相同条件下对ORR和OER均有效，这对于可充电金属空气电池的使用至关重要。

Co卟啉作为O2还原的催化剂已被大量研究。除了ORR，Co卟啉已被证明是OER的有效电催化剂。然而，尽管取得了这些成就，仍然需要开发在相同条件下对电催化氧还原和析出反应具有高活性和稳定性的钴卟啉。

近日，陕西师范大学的RuiCao和WeiqiangZhang，梨花女子大学的ShunichiFukuzumi和WonwooNam等人在JournalofEnergy上发表了一篇题为“Acobalt(II)porphyrinwithatetheredimidazoleforefficientoxygenreductionandevolutionelectrocatalysis”的文章化学。

在细胞色素c氧化酶(CcOs)中，具有轴向组氨酸咪唑基团的铁卟啉催化O2选择性还原为水。轴向咪唑基团可以增加Fe的电子密度，从而通过电子“推动效应”提高Fe中心的O2结合和活化。

受自然界的启发，作者报道了Co卟啉1，在卟啉主链上附加了一个咪唑基团，用于Co轴向结合，作为一种活性双功能电催化剂用于氧还原和析出反应。此外，1被用作锌空气电池空气电极中的催化剂。由此产生的锌空气电池表现出与使用商业Pt/C和Ir/C材料制成的电池相当的性能。

这项工作意义重大，因为它强调了轴向配体在提高ORR和OER方面的重要作用，并展示了分子催化剂在基于电催化的能量转换和存储技术中的潜在应用。