具有束缚咪唑的钴卟啉用于有效的氧还原和析出电催化

电催化氧还原和析出反应被用于各种燃料电池、金属-空气电池和水分解装置。贵金属及其配合物在工业应用中的大规模使用受到其低地球丰度和高成本的限制。然而，一些第一行过渡金属配合物最近已被确定为氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的活性电催化剂。然而，这些催化剂中很少有在相同条件下对ORR和OER都有效，这对于它们在可充电金属-空气电池中的使用至关重要。

Co卟啉作为O2还原的催化剂也被广泛研究。除了ORR，Co卟啉已被证明是有效的OER电催化剂。尽管取得了这些成就，但仍需要开发在相同条件下用于电催化氧还原和析出反应的高活性和稳定性的钴卟啉。

在细胞色素c氧化酶(CcOs)中，具有轴向组氨酸咪唑基团的Fe卟啉催化O2选择性还原为水。轴向咪唑基团增加了Fe的电子密度，从而通过电子“推动效应”增强了Fe中心的O2结合和活化(图1a)。

受自然启发，作者报道了一种Co卟啉1，在卟啉骨架上附加了一个咪唑基团，用于Co轴向结合，作为氧还原和析出反应的活性双功能电催化剂(图1b)。此外，1用作用于组装锌空气电池的空气电极的催化剂。

由此产生的锌空气电池表现出与使用商业Pt/C和Ir/C材料制成的电池相当的性能。这项工作对于强调轴向配体在提高ORR和OER以及展示分子催化剂在基于电催化的能量转换和存储技术中的潜在应用方面的重要作用具有重要意义。