Design of Covalent Organic Frameworks Mimicking Cytochrome c Oxidase for Enhanced Electrocatalytic Oxygen Reduction

材料科学 细胞色素c氧化酶 氧还原 催化作用 共价键 氧气 胺化 氧还原反应 电催化剂 电池(电) 细胞色素c 还原胺化 共价有机骨架 组合化学 人工酶 酞菁 析氧 氧化还原 纳米技术 化学工程 分子氧 多金属氧酸盐 化学
作者
Tao Xie,Yiqing Wang,Yan Yue,Shaohua Shen,Yujie Xiong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (22) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202522948
摘要

Abstract Designing an artificial enzyme that mimics the catalytic activity and environment of natural enzymes is highly desirable but remains challenging. Drawing inspiration from cytochrome c oxidases (CcO), which can fully reduce oxygen to water via a four‐electron pathway, a bionic covalent organic framework (COF) is designed that uses iron phthalocyanine (FePc) – a compound with a similar structure to CcO – as a building block. Using a post‐modification method, a bionic channel environment containing quaternary ammonium ions is created. Featuring abundant and accessible Fe active sites, excellent durability and conductivity, and effective transfer channels, the resulting quaternary amination COF demonstrated competitive electrocatalytic performance in oxygen reduction reaction (ORR), achieving a half‐wave potential ( E 1/2 ) of 0.94 V (vs RHE) and a power density of 211.5 mW cm −2 in a zinc‐air battery (ZAB) device. This work expanded the variety of dioxin‐linked COFs and provided a platform for the development of customized bionic electrocatalysts for oxygen electrocatalysis.
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