選取三種對稱鈷卟啉，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)測量研究了卟啉對ORR的取代效應(yīng)，表明在酸性介質(zhì)中卟啉的結(jié)構(gòu)對還原電位、擴(kuò)散限制電流密度、電子轉(zhuǎn)移數(shù)以及H
2O
2生成率都有很大的影響。旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極(RRDE)測試表明，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，H
2O
2產(chǎn)率最低，為9%。我們的研究結(jié)果表明，卟啉對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O
2飽和的0.5 M H
2SO
4中測定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O
2飽和的0.5 M H
2SO
4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O
2飽和的0.5 M H
2SO
4中(b) H
2O
2%(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
