β-Functionalized Push–Pull Monobenzoporphyrins: Synthesis, Photophysical, Structural Properties, and Electrocatalytic Hydrogen Evolution by Their Co(II) Complexes

化学 组合化学 电催化剂 光化学 电化学 立体化学 高分子化学 电极 物理化学
作者
Waseem Arif,S. Islam,M. Amin Bhat,Vipin Kumar,Prabhakar Chetti,Vivek Kumar,Ravi Kumar
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c02889
摘要

Hydrogen production through water splitting is a promising strategy toward sustainable energy, driving the need for efficient catalysts. This study presents a series of electronically tunable β-functionalized push-pull monobenzoporphyrins, MTPP(Benzo)(R)2 (R = CH3, Ph, tBu-Ph, Py; M = 2H and Co(II)), and evaluates their cobalt(II) derivatives for the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER). The successful synthesis of these compounds was confirmed through NMR, mass spectrometry, and UV-vis spectroscopy. Single-crystal X-ray analysis revealed a distinct saddle-shaped conformation for CoTPP(Benzo)(CH3)2, with ΔCβ = 0.406 and Δ24 = 0.245 Å, further validated through DFT calculations. The electrocatalysts (CoTPP(Benzo)(R)2; R = CH3, Ph, tBu-Ph, and Py) demonstrated excellent HER activity in 0.5 M H2SO4, showing significantly reduced overpotentials (254-487 mV) compared to unsubstituted CoTPP (689 mV) at a current density of 10 mA cm-2. Lower Tafel slopes (238-298 mV dec-1) relative to CoTPP (302 mV dec-1) reflected the enhanced kinetic behavior in the HER. Further, the catalytic efficiencies, evaluated via EIS, chronoamperometry, ECSA, and contact angle measurements, demonstrated that push-pull CoTPP(Benzo)(R)2 catalysts exhibit significantly lower overpotentials, improved kinetics, and enhanced stability, offering critical structural insights and a sustainable alternative to rare and costly metal-based electrocatalysts for hydrogen evolution and future energy conversion technologies.

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