综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

单钴位点催化O₂转化为H₂O₂的机理研究

日期: 2025-06-17
浏览次数: 161

来源:X-MOL

氧还原反应(ORR)在众多能量转化系统中对氧气进行还原具有重要意义。尽管已开发出金属配合物和材料作为ORR催化剂,但研究ORR机制仍具有挑战性。金属超氧氢化物和金属过氧氢化物可能是ORR中的关键中间体,但由于以下原因,对这两种物质及其反应性质的理解仍然不足:(1)这两种物质具有极高的活性;(2)它们存在多种进一步反应和分解的途径。例如,由于结合力较弱,超氧氢容易从金属中心脱离,使得金属超氧氢化物的表征极为困难。此外,金属过氧氢化物可在远端O原子处质子化以进行四电子ORR,或在近端O原子处质子化以进行两电子ORR。即使对于相对简单的两电子ORR,金属过氧氢化物也可通过多种可能的途径释放H2O2。受细胞色素c氧化酶的启发,金属卟啉作为ORR催化剂已得到广泛研究。CoII卟啉化合物在均相催化中对O2转化为H2O2具有选择性。尽管已研究CoII卟啉化合物的ORR机制,但CoIII-超氧氢化物[CoIII(O2•H)]+和CoIII-过氧氢化物[CoIII(O2H)]尚未得到明确认识。此外,从[CoIII(O2H)]开始,至少有三种途径可完成催化循环以生成CoII和H2O2:电子转移-质子转移(ETPT)、质子转移-电子转移(PTET)以及质子耦合电子转移(PCET)。因此,识别[CoIII(O2•H)]+和[CoIII(O2H)]并揭示它们的反应性质对于理解Co催化的O2至H2O2转化至关重要。

本文作者对Co卟啉配合物1催化ORR机制进行了研究。在以十甲基二茂铁(Fc*)为还原剂和HClO4为质子源的条件下,配合物1可以选择性催化O2还原为H2O2。通过利用1的分子口袋稳定活性O2-加合物,他们合成了[CoIII(O2•H)]+和[CoIII(O2H)],并通过EPR,红外光谱,以及XAS进行表征,还研究了它们的反应特性。作者确认了[CoIII(O2•H)]+可被还原为[CoIII(O2H)],并揭示了[CoIII(O2H)]通过PTET途径生成CoII并释放H2O2。基于这些发现,他们提出了1催化的ORR循环。首先,CoII与O2和HClO4反应生成[CoIII(O2•H)]+,动力学结果显示,O2与CoII结合的速率(kobs = 0.15 s⁻¹,[O₂] = 1.6 mM)小于整体催化速率(kobs = 1.70 s⁻¹,[O₂] = 1.6 mM,[HClO4] = 0.04 M),但加入0.04 M HClO4后,O₂结合速率显著增加至1.76 s⁻¹。这些结果表明,O2与1结合是平衡反应,且HClO4可通过质子化超氧物种(kPT1 = 1.24 × 10⁴ M⁻¹ s⁻¹)促进O₂结合。为简便起见,作者将质子耦合的O2结合作为速控步骤(rds)。其次,Fc*对[CoIII(O2•H)]+的还原生成[CoIII(O2H)],该反应非常快,因此估计该还原反应的速率常数kET1> 10⁷ M⁻¹ s⁻¹。第三,[CoIII(O2H)]的质子化反应释放出H2O2,kPT2 =  2.94 × 10⁵ M⁻¹ s⁻¹。第四,Fc*还原CoIII为CoII(kET2> 10⁷ M⁻¹ s⁻¹),完成催化循环。据作者所知,此前很少有研究识别出ORR过程中的CoIII-超氧氢化物和CoIII-过氧氢化物,且尚未明确CoIII-过氧氢化物形成CoII和H2O2的实际途径。因此,本研究对于阐明单个Co位点上的ORR过程具有根本性意义,为新型ORR催化剂的设计提供了重要参考。



Hot News / 相关推荐
  • 2026 - 04 - 17
    点击次数: 16
    来源:X-MOL本文介绍了一种镧系系辅助策略,以解决有效提升 CoMn2O4 空心方块 NOx 还原性能的持续挑战。通过共沉淀法合成了四种稀土元素(镧(La)、钆(Pr)、锕(Sm)、钕(Nd))修饰的 CoMn2O4。其中,Pr 合作的 CoMn2O4 表现出显著的 T80 降低,比未改造的对应物低约 100°C。此外,Pr0.1Co0.9Mn2O4 在实验条件下表现出优异的稳定性和良...
  • 2026 - 04 - 17
    点击次数: 16
    来源:X-MOL掺杂镧系上转换纳米颗粒(UCNPs)因其光稳定性窄带发射,已成为引人注目的光学探针。双波段激发为定制上变频发射提供了一种强大的方法,因为它有选择性地针对特定的 4f 跃迁。然而,由于竞争性双波长协同激发,实现上变频发射耗竭(即通过辅助辐照抑制发射)仍然具有挑战性。本文介绍了一种镧系三掺醇策略,利用再激发驱动的排放耗尽(REED)过程克服这一局限。在 REED 中,额外的激光会重新激...
  • 2026 - 04 - 16
    点击次数: 38
    2026年4月15日,市稀土协会走访了中科院上海光学精密机械研究所和中科院上海硅酸盐研究所,重点了解稀土相关科研领域的最新成果,收集两家研究院就推进稀土产业发展提出的政策建议。交流过程中,协会详细了解了两家研究院在稀土激光玻璃、晶体、陶瓷等领域的最新研发进展,以及去年出台的稀土相关政策对科研机构带来的影响。随后,协会就加强稀土全产业链监管工作作了宣讲,并针对协会今年的相关活动,包括会员大会、工博会...
  • 2026 - 04 - 16
    点击次数: 32
    2026年4月15日,市稀土协会走访了中科院上海光学精密机械研究所和中科院上海硅酸盐研究所,重点了解稀土相关科研领域的最新成果,收集两家研究院就推进稀土产业发展提出的政策建议。交流过程中,协会详细了解了两家研究院在稀土激光玻璃、晶体、陶瓷等领域的最新研发进展,以及去年出台的稀土相关政策对科研机构带来的影响。随后,协会就加强稀土全产业链监管工作作了宣讲,并针对协会今年的相关活动,包括会员大会、工博会...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务