Uma porfirina de cobalto(II) com um imidazol amarrado para redução eficiente de oxigênio e eletrocatálise de evolução

10 de novembro de 2022

pela Academia Chinesa de Ciências

Recentemente, Rui Cao e Weiqiang Zhang, da Shaanxi Normal University, Shunichi Fukuzumi e Wonwoo Nam, da Ewha Womans University, e outros publicaram uma carta intitulada "A cobalt(II) porphyrin with a tethered imidazole for eficiente Oxigen Reduction and Evolution Electrocatalysis" no Journal de Química Energética.

As reações eletrocatalíticas de redução e evolução do oxigênio são empregadas em várias células de combustível, baterias de metal-ar e dispositivos de separação de água. O uso em larga escala de metais nobres e seus complexos em aplicações industriais é limitado por sua baixa abundância de terras e alto custo. No entanto, vários complexos de metais de transição de primeira linha foram recentemente identificados como eletrocatalisadores ativos para a reação de redução de oxigênio (ORR) e a reação de evolução de oxigênio (OER). No entanto, poucos desses catalisadores são eficientes tanto para ORR quanto para OER nas mesmas condições, o que é crucial para seu uso em baterias recarregáveis ​​de metal-ar.

Coporfirinas também têm sido amplamente estudadas como catalisadores para redução de O2. Além da ORR, as Co porfirinas demonstraram ser eletrocatalisadores eficientes de OER. Apesar dessas conquistas, ainda é necessário o desenvolvimento de Co porfirinas com alta atividade e estabilidade para as reações eletrocatalíticas de redução e evolução do oxigênio nas mesmas condições.

Nas citocromo c oxidases (CcOs), Fe porfirinas com um grupo axial histidina imidazol catalisam a redução seletiva de O2 a água. O grupo imidazol axial aumenta a densidade eletrônica do Fe, aumentando assim a ligação do O2 e a ativação no centro do Fe por meio de um "efeito push" eletrônico (Fig. 1a).

Inspirados pela natureza, os autores relatam uma Co porfirina, 1, com um grupo imidazólico anexado ao esqueleto da porfirina para ligação axial do Co como um eletrocatalisador bifuncional ativo para as reações de redução e evolução do oxigênio (Fig.1b). Além disso, 1 foi empregado como catalisador do eletrodo de ar usado para montar baterias de Zn-ar.

As baterias de Zn-ar resultantes exibiram desempenho comparável àquelas feitas com materiais Pt/C e Ir/C comerciais. Este trabalho é significativo ao destacar o importante papel dos ligantes axiais no aprimoramento da ORR e OER, bem como ao mostrar as possíveis aplicações de catalisadores moleculares em tecnologias de armazenamento e conversão de energia baseadas em eletrocatálise.

Mais Informações: Xialiang Li et al, A cobalt(II) porphyrin with a tethered imidazole for eficiente de redução de oxigênio e evolução eletrocatálise, Journal of Energy Chemistry (2022). DOI: 10.1016/j.jechem.2022.10.010

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