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二级配位层质子交换位点钴分子络合物催化四电子还原氧为水
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2023-04-04 , DOI: 10.1021/acscatal.3c00822 Avijit Das 1 , Afsar Ali 1 , Geetika Gupta 1 , Aakash Santra 1 , Priya Jain 1 , Pravin P. Ingole 1 , Satadal Paul 2 , Sayantan Paria 1
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2023-04-04 , DOI: 10.1021/acscatal.3c00822 Avijit Das 1 , Afsar Ali 1 , Geetika Gupta 1 , Aakash Santra 1 , Priya Jain 1 , Pravin P. Ingole 1 , Satadal Paul 2 , Sayantan Paria 1
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控制 4e – /4H +氧还原相对于 2e – /2H +还原的选择性是制造用于燃料电池阴极的高效催化剂的关键挑战。细胞色素 c 氧化酶 (C c O)活性位点上的酪氨酸残基已被证明可以控制氢原子转移反应和 Fe-O-O-Cu 部分的 O-O 键裂解生成水。在由卟啉衍生物支持的几个小分子铁络合物中,研究表明,二级配位层质子化位点的存在在指导氧还原反应 (ORR) 的选择性和速率方面起着重要作用。在这项研究中,我们设计并合成了单核 Co III双吡啶双肟配体的复合物( 1 ),其中肟位点可以参与可逆质子交换反应。在缓冲水溶液和含有三氟乙酸的乙腈中研究了1的电催化 ORR作为质子源。我们观察到,在 0.1 M 磷酸盐缓冲溶液 (PBS) 中,1对 4e – /4H +在 pH 4 下O 2的还原具有选择性,并且选择性随着缓冲介质 pH 值的增加而降低,产生约。75% H 2 O,pH 7。然而,在 0.1 M 醋酸盐缓冲溶液 (ABS) 中,1对 O–O 键的裂解产生 H 2仍然具有高度选择性O 在 pH 4 和 pH 7 时。在 PBS 和 ABS 中,H 2 O 形成的过电势 (η) (约 0.8–0.65 V)随着 pH 值的增加成比例下降。在乙腈中,1对电催化和化学 ORR 的4e – /4H +还原保持高选择性。估计 H 2的过电势为 760 mVO在乙腈中产生。动力学分析表明催化剂浓度对 25 °C 下的反应速率具有一级依赖性。然而,在 -40 °C 的乙腈中,过氧桥联双核钴 (III) 络合物的形成被认为是 ORR 途径中的反应中间体。我们推测配体的肟支架作为质子交换位点并协助质子偶联电子转移 (PCET) 反应性以切割酸性缓冲溶液和乙腈中的 O-O 键,理论研究进一步证实了这一点。密度泛函理论 (DFT) 计算表明,乙酸根离子在 pH 7.0 下充当介质,用于将质子从肟支架转移到 Co III (OOH) 中间体的远端氧,负责对 4e 的高选择性– /4H + O 2的减少。
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更新日期:2023-04-04
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