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Jul 15, 2023

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 um

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 "Uma porfirina de cobalto (II) com um imidazol amarrado para redução eficiente de oxigênio e eletrocatálise evolutiva" no Journal de Química Energética.

As reações eletrocatalíticas de redução e evolução de oxigênio são empregadas em várias células de combustível, baterias metal-ar e dispositivos de divisão de água. O uso em larga escala de metais nobres e seus complexos em aplicações industriais é limitado pela sua baixa abundância de terra 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 (REA). No entanto, poucos destes catalisadores são eficientes tanto para ORR como para REA nas mesmas condições, o que é crucial para a sua utilização em baterias recarregáveis ​​de metal-ar.

As coporfirinas também têm sido amplamente estudadas como catalisadores para a redução de O2. Além da ORR, as Coporfirinas demonstraram ser eletrocatalisadores REA eficientes. Apesar dessas conquistas, ainda é necessário o desenvolvimento de Coporfirinas com alta atividade e estabilidade tanto para a redução eletrocatalítica de oxigênio quanto para reações de evolução nas mesmas condições.

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

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

As baterias Zn-ar resultantes apresentaram desempenho comparável àquelas fabricadas com materiais comerciais Pt/C e Ir/C. Este trabalho é significativo por sublinhar o importante papel dos ligantes axiais no aumento do ORR e do REA, bem como por mostrar as aplicações potenciais de catalisadores moleculares em tecnologias de conversão e armazenamento de energia baseadas em eletrocatálise.

Mais Informações: Xialiang Li et al, Uma porfirina de cobalto (II) com um imidazol amarrado para redução eficiente de oxigênio e eletrocatálise de evolução, Journal of Energy Chemistry (2022). DOI: 10.1016/j.jechem.2022.10.010

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências