A comparative DFT study of oxygen reduction reaction on mononuclear and binuclear cobalt and iron phthalocyanines

催化作用 酞菁 化学 吸附 电催化剂 密度泛函理论 轨道能级差 氧气 金属 氧还原反应 光化学 无机化学 物理化学 计算化学 分子 有机化学 电化学 电极
作者
Xin Chen,Mengke Li,Zongxue Yu,Qiang Ke
出处
期刊:Russian Journal of Physical Chemistry A [Pleiades Publishing]
卷期号:90 (12): 2413-2417 被引量:14
标识
DOI:10.1134/s0036024416120323
摘要

The oxygen reduction reaction (ORR) catalyzed by mononuclear and planar binuclear cobalt (CoPc) and iron phthalocyanine (FePc) catalysts is investigated in detail by density functional theory (DFT) methods. The calculation results indicate that the ORR activity of Fe-based Pcs is much higher than that of Co-based Pcs, which is due to the fact that the former could catalyze 4e- ORRs, while the latter could catalyze only 2e- ORRs from O2 to H2O2. The original high activities of Fe-based Pcs could be attributed to their high energy level of the highest occupied molecular orbital (HOMO), which could lead to the stronger adsorption energy between catalysts and ORR species. Nevertheless, the HOMO of Co-based Pcs is the ring orbital, not the 3d Co orbital, thereby inhibiting the electron transfer from metal to adsorbates. Furthermore, compared with mononuclear FePc, the planar binuclear FePc has more stable structure in acidic medium and more suitable adsorption energy of ORR species, making it a promising non-precious electrocatalyst for ORR.
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