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Jul 03, 2023

효율적인 산소 환원 및 전기촉매 진화를 위한 테더 이미다졸이 포함된 코발트(II) 포르피린

2022년 11월 10일 중국과학원 최근 산시사범대학의 루이 카오(Rui Cao)와 웨이창 장(Weiqiang Zhang), 이화여자대학교 후쿠주미 순이치(Shunichi Fukuzumi)와 남원우(Wonwoo Nam) 등이 논문을 발표했다.

2022년 11월 10일

중국과학원 제공

최근 산시 사범대학의 Rui Cao와 Weiqiang Zhang, 이화여자대학교의 Shunichi Fukuzumi와 남원우 등은 "효율적인 산소 환원 및 전기촉매 진화를 위한 테더링된 이미다졸을 포함하는 코발트(II) 포르피린"이라는 제목의 논문을 저널에 게재했습니다. 에너지화학.

전기촉매 산소 환원 및 진화 반응은 다양한 연료 전지, 금속-공기 배터리 및 물 분해 장치에 사용됩니다. 산업 응용 분야에서 귀금속 및 그 복합체의 대규모 사용은 낮은 토양 풍부도와 높은 비용으로 인해 제한됩니다. 그러나 최근 몇 가지 첫 번째 행 전이 금속 착물이 산소 환원 반응(ORR) 및 산소 발생 반응(OER)을 위한 활성 전기촉매로 확인되었습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 촉매 중 일부는 동일한 조건에서 ORR과 OER 모두에 효율적이며 이는 재충전 가능한 금속-공기 배터리에 사용하는 데 중요합니다.

Co 포르피린은 또한 O2 환원을 위한 촉매로서 널리 연구되어 왔습니다. ORR 외에도 Co 포르피린은 효율적인 OER 전기촉매인 것으로 나타났습니다. 이러한 성과에도 불구하고 동일한 조건에서 전기촉매 산소 환원 및 진화 반응 모두에 대해 높은 활성과 안정성을 갖는 Co 포르피린의 개발이 여전히 필요합니다.

시토크롬 C 산화효소(CcO)에서 축형 히스티딘 이미다졸 그룹을 가진 Fe 포르피린은 O2를 물로 선택적으로 환원하는 것을 촉매합니다. 축방향 이미다졸 그룹은 Fe의 전자 밀도를 증가시켜 전자적 "푸시 효과"를 통해 Fe 중심에서 O2 결합 및 활성화를 향상시킵니다(그림 1a).

자연에서 영감을 받아 저자는 산소 환원 및 진화 반응을 위한 활성 이중 기능 전기촉매로서 동축 결합을 위해 포르피린 백본에 이미다졸 그룹이 추가된 Co 포르피린 1을 보고합니다(그림 1b). 또한, Zn-공기 전지를 조립하는데 사용되는 공기극의 촉매로는 1을 사용하였다.

그 결과 Zn-공기 배터리는 상업용 Pt/C 및 Ir/C 재료를 사용하여 만든 배터리와 비슷한 성능을 보였습니다. 이 연구는 ORR 및 OER을 향상시키는 데 있어 축 리간드의 중요한 역할을 강조할 뿐만 아니라 전기촉매 기반 에너지 변환 및 저장 기술에서 분자 촉매의 잠재적인 응용을 보여주는 데 중요합니다.

추가 정보: Xialiang Li 등, 효율적인 산소 환원 및 전기촉매 진화를 위한 테더 이미다졸이 포함된 코발트(II) 포르피린, Journal of Energy Chemistry(2022). DOI: 10.1016/j.jechem.2022.10.010

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