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Jul 03, 2023

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

10 novembre 2022 par l'Académie chinoise des sciences Récemment, Rui Cao et Weiqiang Zhang de l'Université normale du Shaanxi, Shunichi Fukuzumi et Wonwoo Nam de l'Université pour femmes d'Ewha, et d'autres, ont publié un

10 novembre 2022

par l'Académie chinoise des sciences

Récemment, Rui Cao et Weiqiang Zhang de l'Université normale du Shaanxi, Shunichi Fukuzumi et Wonwoo Nam de l'Université pour femmes d'Ewha, et d'autres ont publié une lettre intitulée « Une porphyrine de cobalt (II) avec un imidazole attaché pour une réduction efficace de l'oxygène et une électrocatalyse d'évolution » dans le Journal de chimie énergétique.

Les réactions électrocatalytiques de réduction et d'évolution de l'oxygène sont utilisées 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 des applications industrielles est limitée par leur faible abondance en terre et leur coût élevé. Cependant, plusieurs complexes de métaux de transition de première rangée ont récemment été identifiés comme électrocatalyseurs actifs pour la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) et la réaction de dégagement d'oxygène (OER). Néanmoins, peu de ces catalyseurs sont efficaces à la fois pour l’ORR et l’OER dans les mêmes conditions, ce qui est crucial pour leur utilisation dans les batteries rechargeables métal-air.

Les co porphyrines ont également été largement étudiées comme catalyseurs de réduction de l’O2. En plus de l’ORR, les porphyrines Co se sont révélées être des électrocatalyseurs REL efficaces. Malgré ces réalisations, le développement de porphyrines de Co présentant 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.

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 axial imidazole augmente la densité électronique du Fe, améliorant ainsi la liaison et l'activation de l'O2 au centre du Fe grâce à un "effet push" électronique (Fig. 1a).

Inspirés par la nature, les auteurs rapportent une porphyrine Co, 1, avec un groupe imidazole ajouté au squelette de la porphyrine pour la liaison axiale du Co en tant qu'électrocatalyseur bifonctionnel actif pour les réactions de réduction et d'évolution de l'oxygène (Fig.1b). De plus, 1 a été utilisé comme catalyseur de l’électrode à air utilisée pour assembler les batteries Zn-air.

Les batteries Zn-air résultantes ont affiché des performances comparables à celles fabriquées à partir de matériaux commerciaux Pt/C et Ir/C. Ce travail est important en soulignant le rôle important des ligands axiaux dans l'amélioration de l'ORR et de l'OER ainsi qu'en montrant 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 électrocatalyse efficace de réduction de l'oxygène et d'évolution, Journal of Energy Chemistry (2022). DOI : 10.1016/j.jechem.2022.10.010

Fourni par l'Académie chinoise des sciences