효율적인 산소 환원 및 전기촉매 진화를 위한 테더 이미다졸이 포함된 코발트(II) 포르피린

2023년 2월 16일

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

사실 확인된

신뢰할 수 있는 출처

교정하다

중국과학원 제공

전기촉매 산소 환원 및 진화 반응은 다양한 연료 전지, 금속-공기 배터리 및 물 분해 장치에서 발생합니다. 산업에서 귀금속과 그 복합체의 대규모 사용은 그 양이 적고 비용이 높기 때문에 제한됩니다.

최근 몇 가지 첫 번째 행 전이 금속 착물이 산소 환원 반응(ORR) 및 산소 발생 반응(OER)을 위한 활성 전기촉매로 확인되었습니다. 그럼에도 불구하고 동일한 조건에서 ORR과 OER 모두에 효율적인 촉매는 소수에 불과하며 이는 재충전 가능한 금속-공기 배터리에 사용하는 데 중요합니다.

Co 포르피린은 O2 환원을 위한 촉매로서 주로 연구되어 왔습니다. ORR 외에도 Co 포르피린은 OER에 효율적인 전기촉매인 것으로 나타났습니다. 그러나 이러한 성과에도 불구하고 동일한 조건에서 전기촉매 산소 환원 및 진화 반응 모두에 대해 높은 활성과 안정성을 갖는 Co 포르피린의 개발이 여전히 필요합니다.

최근 산시 사범대학의 Rui Cao와 Weiqiang Zhang, 이화여자대학교의 Shunichi Fukuzumi와 남원우 등은 Journal of Energy에 "효율적인 산소 환원 및 진화 전기촉매를 위한 테더링된 이미다졸을 포함하는 코발트(II) 포르피린"이라는 제목의 논문을 게재했습니다. 화학.

시토크롬 C 산화효소(CcO)에서 축 방향 히스티딘 이미다졸 그룹을 가진 Fe 포르피린은 O2를 물로 선택적으로 환원하는 것을 촉매합니다. 축방향 이미다졸 그룹은 Fe의 전자 밀도를 증가시킬 수 있으며, 따라서 전자 "밀기 효과"를 통해 Fe 중심에서 O2 결합 및 활성화를 향상시킵니다.

자연에서 영감을 받아 저자들은 산소 환원 및 진화 반응을 위한 활성 이중 기능 전기촉매로서 동축 결합을 위해 포르피린 백본에 이미다졸 그룹이 추가된 Co 포르피린 1을 보고합니다. 또한 1은 Zn-공기전지용 공기극의 촉매로 사용됐다. 그 결과 Zn-공기 배터리는 상업용 Pt/C 및 Ir/C 재료를 사용하여 만든 배터리와 비슷한 성능을 보였습니다.

이 연구는 ORR 및 OER을 향상시키는 데 축 리간드의 중요한 역할을 강조하고 전기촉매 기반 에너지 변환 및 저장 기술에서 분자 촉매의 잠재적 응용을 보여주기 때문에 중요합니다.

추가 정보: Xialiang Li 등, 효율적인 산소 환원 및 전기촉매 진화를 위한 테더 이미다졸이 포함된 코발트(II) 포르피린, Journal of Energy Chemistry(2022). DOI: 10.1016/j.jechem.2022.10.010

중국과학원 제공