Porphyrine de cobalt(II) avec un imidazole captif pour une réduction efficace de l'oxygène et une électrocatalyse d'évolution

16 février 2023

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par l'Académie chinoise des sciences

Des réactions électrocatalytiques de réduction et d'évolution de l'oxygène se produisent dans diverses piles à combustible, batteries métal-air et dispositifs de séparation de l'eau. L'utilisation à grande échelle des métaux nobles et de leurs complexes dans les industries est limitée par leur faible abondance et leur coût élevé.

Récemment, plusieurs complexes de métaux de transition de première rangée ont été identifiés comme électrocatalyseurs actifs pour la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) et la réaction de dégagement d'oxygène (OER). Néanmoins, seuls quelques catalyseurs sont efficaces à la fois pour l'ORR et l'OER dans des conditions identiques, ce qui est crucial pour une utilisation dans les batteries métal-air rechargeables.

Les co-porphyrines ont été largement étudiées comme catalyseurs pour la réduction de l'O2. En plus de l'ORR, les porphyrines Co se sont révélées être des électrocatalyseurs efficaces pour l'OER. Malgré ces réalisations, cependant, le développement de porphyrines Co avec une activité et une stabilité élevées pour les réactions électrocatalytiques de réduction et d'évolution de l'oxygène dans les mêmes conditions est toujours nécessaire.

Récemment, Rui Cao et Weiqiang Zhang de l'Université normale du Shaanxi, Shunichi Fukuzumi et Wonwoo Nam de l'Université Ewha Womans et d'autres ont publié une lettre intitulée "Une porphyrine de cobalt (II) avec un imidazole captif pour une réduction efficace de l'oxygène et une électrocatalyse d'évolution" dans le Journal of Energy Chemistry.

Dans les cytochromes c oxydases (CcOs), les porphyrines Fe avec un groupe histidine imidazole axial catalysent la réduction sélective de l'O2 en eau. Le groupe imidazole axial peut augmenter la densité électronique de Fe, et ainsi améliorer la liaison et l'activation de l'O2 au centre Fe par un "effet de poussée" électronique.

Inspirés par la nature, les auteurs rapportent la Co porphyrine 1 avec un groupe imidazole attaché au squelette de la porphyrine pour la liaison Co axiale en tant qu'électrocatalyseur bifonctionnel actif pour les réactions de réduction et d'évolution de l'oxygène. De plus, 1 a été utilisé comme catalyseur dans les électrodes à air pour les batteries Zn-air. La batterie Zn-air résultante présentait des performances comparables à celles des batteries fabriquées à l'aide de matériaux commerciaux Pt/C et Ir/C.

Ce travail est important car il met en évidence le rôle important des ligands axiaux dans l'amélioration de l'ORR et de l'OER et montre les applications potentielles des catalyseurs moléculaires dans les technologies de conversion et de stockage d'énergie basées sur l'électrocatalyse.

Plus d'information: Xialiang Li et al, Une porphyrine de cobalt (II) avec un imidazole captif pour une réduction efficace de l'oxygène et une électrocatalyse d'évolution, Journal of Energy Chemistry (2022). DOI : 10.1016/j.jechem.2022.10.010

Fourni par l'Académie chinoise des sciences