模仿蛋白质骨架动力学作为开发非贵金属电催化剂用于氧还原的新策略

Abstract

<p>高效的氧气还原反应（ORR）可以选择性地生成水，有望成为先进的燃料电池技术。由于贵金属 Pt 基材料昂 贵且使用受限，非贵金属催化剂成为可行且有吸引力的替代品。然而，受自然界含Cu氧气还原酶的启发所设计的Cu 络合物尚未达到其所需的ORR催化性能。本报告阐述了将机械联锁的概念引入到配体结构中，以对Cu配位点实施动 态空间限制的方法[1]。机械互锁的索烃配体可以控制氧气结合模式，促进电子转移，有利于产物消除。实验结果表 明，作为索烃的配体互锁通过4电子途径将ORR选择性转向水作为主要产物，与Pt的选择性相媲美；与非互锁对应物 相比，起始电位提高了130 mV，产量提高了1.8倍，催化效率提高了1.5倍。我们的铜(I)-索烃配合物代表了第一个利 用机械联锁提供具有增强活性和选择性的电催化剂的例子。通过这项综合实验和理论研究获得的机理见解被认为不 仅对ORR能量催化领域有价值，而且对涉及质子耦合的氧化还原反应的一般领域中的联锁金属配合物具有广泛的意 义，这些金属索烃配合物在电子转移步骤中至关重要。此外，我们还开发了杂化双层膜作为创新的仿生电催化平台， 以模拟金属酶中的电子转移和质子传输途径[2][3]。同时，我们还研发了一种常温常压激光辅助的方法来生成石墨烯 支撑的双金属纳米材料，并实现可持续的电化学增值[4]。<br></p>