Two-dimensional phthalocyanine-based covalent organic frameworks as high-performance electrocatalysts for oxygen reduction and oxygen evolution

过电位 双功能 催化作用 析氧 材料科学 酞菁 氧还原 化学工程 氧气 纳米技术 化学 物理化学 有机化学 电化学 电极 工程类
作者
Yahui Li,Jingsong Tan,Xiuyun Zhao,Lei Zhao,Xin Chen
出处
期刊:Materials today communications [Elsevier BV]
卷期号:37: 107157-107157 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.mtcomm.2023.107157
摘要

It is crucial to use efficient catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) in energy conversion devices, aiming to mitigate energy crises. The catalytic activity of MPc-PI-COF-1 and MPc-PI-COF-2 (M = Mn, Fe, Co) towards ORR and OER is investigated systematically based on DFT methods. Different M-N4 sites can adjust the binding strength of oxygen-containing intermediates to effect catalysis activity, while the different linkers have only a minor effect. FePc-PI-COF-1 and MnPc-based COFs have low ORR overpotential (ηORR) values, even lower than Pt(111). For OER, CoPc-based COFs have comparable OER overpotential (ηOER) values to that on RuO2(110). To sum up, MnPc-based COFs are efficient ORR catalysts, and CoPc-based COFs have high OER activity. FePc-PI-COF-1 could be served as an effective bifunctional catalyst with a ηORR value of 0.38 V and ηOER value of 0.56 V. Moreover, FePc-PI-COF-1 exhibits exceptional resistance to various impurity gases, indicating its strong tolerance against poisoning. These study offer valuable insights for the rational discovery of reticular materials as highly efficient electrocatalysts.
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