江苏大学化学化工学院Rui Yuan等–以氧化石墨烯为基底的对称钴卟啉在催化氧还原反应中的取代效应

选取三种对称钴卟啉，其中位分别为苄基、三苯胺咔唑和咔唑，分别被命名为Bz-CoPor、Cb-CoPor和TPACb-CoPor，涂覆在氧化石墨烯(GO)上作为电催化剂，考察取代基对氧还原反应(ORR)的影响。复合材料的光谱表征表明，卟啉与GO之间存在较强的电子耦合。通过一系列电化学测量研究了卟啉对ORR的取代效应，表明在酸性介质中卟啉的结构对还原电位、扩散限制电流密度、电子转移数以及H₂O₂生成率都有很大的影响。旋转环盘电极(RRDE)测试表明，在三种卟啉/GO模型中，TPACb-CoPor/GO的电子转移数最大，为3.8，H₂O₂产率最低，为9%。我们的研究结果表明，卟啉对ORR的取代作用仍然可以在π-π相互作用界面起作用，并且这些对称的钴卟啉在使用GO作为基底时可以经历近4个电子的转移路径。

图1. 钴卟啉结构的催化剂复合材料制备方法。红色虚线圆圈表示取代基R在卟啉上的连接位置。

图2. (a)和(b) Cb-CoPor/GO不同尺度(100 μm和10 μm)的SEM图像，(c) Cb-CoPor、GO和Cb-CoPor/GO的红外光谱，(d) GO和Cb-CoPor/GO的拉曼光谱。

图3. 在O₂饱和的0.5 M H₂SO₄中测定Bz-CoPor/GO、Cb-CoPor/GO和TPACbCoPor/GO的循环伏安图。扫描速率:50mv s^-1

图4. 在O₂饱和的0.5 M H₂SO₄中，不同转速下Bz-CoPor/GO、Cb-CoPor/GO和TPACbCoPor/GO的RDE极化图。扫描速率:10 mv s^-1

图5. (a) RRDE伏安曲线。1600 RPM，扫描速率为10 mV s^-1, Pt环电位为1.4 V vs. RHE，在O₂饱和的0.5 M H₂SO₄中(b) H₂O_2%(虚线)和电子转移数(n，实线)。

相关研究成果由江苏大学化学化工学院Rui Yuan等人于2022年发表在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。