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

16 de febrero de 2023

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por la Academia China de Ciencias

Las reacciones electrocatalíticas de reducción y evolución de oxígeno ocurren en varias celdas de combustible, baterías de metal-aire y en dispositivos de división de agua. El uso a gran escala de metales nobles y sus complejos en las industrias está limitado por su baja abundancia y alto costo.

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, solo unos pocos catalizadores son eficientes tanto para ORR como para OER en condiciones idénticas, lo cual es crucial para su uso en baterías recargables de metal-aire.

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

Recientemente, Rui Cao y Weiqiang Zhang de la Universidad Normal de Shaanxi, Shunichi Fukuzumi y Wonwoo Nam de la Universidad Femenina Ewha y 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 of Energy Química.

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 puede aumentar la densidad electrónica de Fe y, por lo tanto, mejorar la unión y activación de O2 en el centro de Fe a través de un "efecto de empuje" electrónico.

Inspirándose en la naturaleza, los autores informan que la Co porfirina 1 con un grupo imidazol adjunto a la columna vertebral de la porfirina para la unión axial de Co es un electrocatalizador bifuncional activo para las reacciones de reducción y evolución del oxígeno. Además, el 1 se utilizó como catalizador en electrodos de aire para baterías de Zn-aire. La batería de Zn-aire resultante mostró un rendimiento comparable al de las baterías fabricadas con materiales comerciales de Pt/C e Ir/C.

Este trabajo es significativo ya que destaca el importante papel de los ligandos axiales en la mejora de ORR y OER y muestra 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