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江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院Rui Yuan等--以氧化石墨烯為基底的對(duì)稱鈷卟啉在催化氧還原反應(yīng)中的取代效應(yīng)
      選取三種對(duì)稱鈷卟啉,其中位分別為芐基、三苯胺咔唑和咔唑,分別被命名為Bz-CoPor、Cb-CoPor和TPACb-CoPor,涂覆在氧化石墨烯(GO)上作為電催化劑,考察取代基對(duì)氧還原反應(yīng)(ORR)的影響。復(fù)合材料的光譜表征表明,卟啉與GO之間存在較強(qiáng)的電子耦合。通過一系列電化學(xué)測(cè)量研究了卟啉對(duì)ORR的取代效應(yīng),表明在酸性介質(zhì)中卟啉的結(jié)構(gòu)對(duì)還原電位、擴(kuò)散限制電流密度、電子轉(zhuǎn)移數(shù)以及H2O2生成率都有很大的影響。旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極(RRDE)測(cè)試表明,在三種卟啉/GO模型中,TPACb-CoPor/GO的電子轉(zhuǎn)移數(shù)最大,為3.8,H2O2產(chǎn)率最低,為9%。我們的研究結(jié)果表明,卟啉對(duì)ORR的取代作用仍然可以在π-π相互作用界面起作用,并且這些對(duì)稱的鈷卟啉在使用GO作為基底時(shí)可以經(jīng)歷近4個(gè)電子的轉(zhuǎn)移路徑。 
 
圖1. 鈷卟啉結(jié)構(gòu)的催化劑復(fù)合材料制備方法。紅色虛線圓圈表示取代基R在卟啉上的連接位置。
 

圖2. (a)和(b) Cb-CoPor/GO不同尺度(100 μm和10 μm)的SEM圖像,(c) Cb-CoPor、GO和Cb-CoPor/GO的紅外光譜,(d) GO和Cb-CoPor/GO的拉曼光譜。
 

圖3. 在O2飽和的0.5 M H2SO4中測(cè)定Bz-CoPor/GO、Cb-CoPor/GO和TPACbCoPor/GO的循環(huán)伏安圖。掃描速率:50 mv s-1 
 
圖4. 在O2飽和的0.5 M H2SO4中,不同轉(zhuǎn)速下Bz-CoPor/GO、Cb-CoPor/GO和TPACbCoPor/GO的RDE極化圖。掃描速率:10 mv s-1 
 
圖5. (a) RRDE伏安曲線。1600 RPM,掃描速率為10 mV s-1, Pt環(huán)電位為1.4 V vs. RHE,在O2飽和的0.5 M H2SO4中(b) H2O2%(虛線)和電子轉(zhuǎn)移數(shù)(n,實(shí)線)。
 
         相關(guān)研究成果由江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院Rui Yuan等人于2022年發(fā)表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.128499)上。原文:Substituent effects of symmetric cobalt porphyrins using graphene oxide as substrate on catalytic oxygen reduction reactions。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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