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

16 de fevereiro de 2023

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pela Academia Chinesa de Ciências

As reações eletrocatalíticas de redução e evolução do oxigênio ocorrem em várias células de combustível, baterias de metal-ar e em dispositivos de separação de água. O uso em larga escala de metais nobres e seus complexos nas indústrias é limitado por sua baixa abundância e alto custo.

Recentemente, vários complexos de metais de transição de primeira linha foram identificados como eletrocatalisadores ativos para a reação de redução de oxigênio (ORR) e reação de evolução de oxigênio (OER). No entanto, apenas alguns catalisadores são eficientes para ORR e OER em condições idênticas, o que é crucial para uso em baterias recarregáveis ​​de metal-ar.

As coporfirinas têm sido amplamente estudadas como catalisadores para redução de O2. Além da ORR, as Co porfirinas demonstraram ser eletrocatalisadores eficientes para OER. Apesar dessas conquistas, no entanto, ainda é necessário desenvolver Co porfirinas com alta atividade e estabilidade para reações eletrocatalíticas de redução e evolução de oxigênio nas mesmas condições.

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 of Energy Química.

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 pode aumentar a densidade de elétrons do Fe e, assim, melhorar a ligação e ativação do O2 no centro do Fe por meio de um "efeito push" eletrônico.

Inspirados pela natureza, os autores relatam Co porfirina 1 com um grupo imidazol anexado ao esqueleto da porfirina para ligação axial de Co como um eletrocatalisador bifuncional ativo para reações de redução e evolução de oxigênio. Além disso, 1 foi usado como catalisador em eletrodos de ar para baterias de Zn-ar. A bateria Zn-ar resultante exibiu desempenho comparável a baterias feitas com materiais Pt/C e Ir/C comerciais.

Este trabalho é significativo, pois destaca o importante papel dos ligantes axiais no aprimoramento de ORR e OER e mostra as possíveis aplicações de catalisadores moleculares em tecnologias de conversão e armazenamento 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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