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Jul 24, 2023

Porfirina de cobalto (II) con un imidazol unido para una reducción eficiente del oxígeno y una electrocatálisis de evolución

16 de febrero de 2023 Este artículo ha sido revisado de acuerdo con las políticas y el proceso editorial de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

16 de febrero de 2023

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por la Academia China de Ciencias

Las reacciones electrocatalíticas de reducción y evolución de oxígeno se producen en varias pilas de combustible, baterías de metal-aire y en dispositivos de división de agua. El uso a gran escala de metales nobles y sus complejos en la industria está limitado por su baja abundancia y su alto costo.

Recientemente, se han identificado varios complejos de metales de transición de primera fila como electrocatalizadores activos para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de oxígeno (OER). Sin embargo, sólo unos pocos catalizadores son eficientes tanto para ORR como para OER en condiciones idénticas, lo cual es crucial para su uso en baterías recargables de metal-aire.

Las coporfirinas se han estudiado ampliamente como catalizadores para la reducción de O2. Además de la ORR, se ha demostrado que las coporfirinas son electrocatalizadores eficientes para los REA. Sin embargo, a pesar de estos logros, todavía es necesario desarrollar coporfirinas con alta actividad y estabilidad tanto para la reducción electrocatalítica de oxígeno como para reacciones de evolución en las mismas condiciones.

Recientemente, Rui Cao y Weiqiang Zhang de la Universidad Normal de Shaanxi, Shunichi Fukuzumi y Wonwoo Nam de la Universidad de Mujeres Ewha y otros publicaron una carta titulada "Una porfirina de cobalto (II) con un imidazol atado para una reducción eficiente del oxígeno y una electrocatálisis de evolución" en el Journal of Energy. Química.

En las citocromo c oxidasas (CcO), las porfirinas de Fe con un grupo histidina imidazol axial catalizan la reducción selectiva de O2 a agua. El grupo imidazol axial puede aumentar la densidad electrónica del Fe y así mejorar la unión del O2 y la activación en el centro del Fe mediante un "efecto de empuje" electrónico.

Inspirándose en la naturaleza, los autores informan sobre la Co porfirina 1 con un grupo imidazol añadido a la columna vertebral de la porfirina para la unión axial de Co como un electrocatalizador bifuncional activo para reacciones de reducción y evolución de oxígeno. Además, el 1 se utilizó como catalizador en electrodos de aire para baterías de Zn-aire. La batería de Zn-aire resultante mostró un rendimiento comparable al de las baterías fabricadas con materiales comerciales de Pt/C e Ir/C.

Este trabajo es significativo ya que destaca el importante papel de los ligandos axiales en la mejora de ORR y OER y muestra las aplicaciones potenciales de catalizadores moleculares en tecnologías de almacenamiento y conversión de energía basadas en electrocatálisis.

Más información: Xialiang Li et al, Una porfirina de cobalto (II) con un imidazol unido para una reducción eficiente del oxígeno y una electrocatálisis de evolución, Journal of Energy Chemistry (2022). DOI: 10.1016/j.jechem.2022.10.010

Proporcionado por la Academia China de Ciencias