Una porfirina de cobalto (II) con un imidazol atado para una electrocatálisis de reducción y evolución de oxígeno eficiente

10 de noviembre de 2022

por la Academia China de Ciencias

Recientemente, Rui Cao y Weiqiang Zhang de la Universidad Normal de Shaanxi, Shunichi Fukuzumi y Wonwoo Nam de la Universidad Femenina Ewha, entre otros, publicaron una carta titulada "Una porfirina de cobalto (II) con un imidazol atado para una reducción de oxígeno eficiente y electrocatálisis de evolución" en el Journal de Química Energética.

Las reacciones electrocatalíticas de reducción y evolución de oxígeno se emplean en varias celdas de combustible, baterías de metal-aire y dispositivos de división de agua. El uso a gran escala de metales nobles y sus complejos en aplicaciones industriales está limitado por su baja abundancia de tierras y su alto costo. Sin embargo, recientemente se han identificado varios complejos de metales de transición de primera fila como electrocatalizadores activos para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de oxígeno (OER). Sin embargo, pocos de estos catalizadores son eficientes tanto para ORR como para OER en las mismas condiciones, lo cual es crucial para su uso en baterías recargables de metal-aire.

Las coporfirinas también se han estudiado ampliamente como catalizadores para la reducción de O2. Además de la ORR, se ha demostrado que las Co porfirinas son electrocatalizadores OER eficientes. A pesar de estos logros, aún es necesario el desarrollo de Co porfirinas con alta actividad y estabilidad tanto para la reducción electrocatalítica de oxígeno como para las reacciones de evolución en las mismas condiciones.

En las citocromo c oxidasas (CcOs), las porfirinas de Fe con un grupo axial de histidina imidazol catalizan la reducción selectiva de O2 a agua. El grupo imidazol axial aumenta la densidad electrónica del Fe, lo que mejora la unión y activación del O2 en el centro del Fe a través de un "efecto de empuje" electrónico (Fig. 1a).

Inspirándose en la naturaleza, los autores informan de una porfirina Co, 1, con un grupo imidazol adjunto en el esqueleto de la porfirina para la unión axial de Co como un electrocatalizador bifuncional activo para las reacciones de reducción y evolución de oxígeno (Fig. 1b). Además, se empleó 1 como catalizador del electrodo de aire utilizado para ensamblar baterías de Zn-aire.

Las baterías de Zn-aire resultantes mostraron un rendimiento comparable al de las fabricadas con materiales comerciales de Pt/C e Ir/C. Este trabajo es significativo para subrayar el importante papel de los ligandos axiales en la mejora de ORR y OER, así como para mostrar las aplicaciones potenciales de los catalizadores moleculares en tecnologías de conversión y almacenamiento de energía basadas en electrocatálisis.

Más información: Xialiang Li et al, Una porfirina de cobalto (II) con un imidazol atado para una electrocatálisis eficiente de reducción de oxígeno y evolución, Journal of Energy Chemistry (2022). DOI: 10.1016/j.jechem.2022.10.010

Proporcionado por la Academia de Ciencias de China