Molecule-Level g-C3N4 Coordinated Transition Metals as a New Class of Electrocatalysts for Oxygen Electrode Reactions

化学 催化作用 过渡金属 分子 无机化学 金属有机化学 氧气 电催化剂 金属 电化学 析氧 电极 物理化学 有机化学
作者
Yao Zheng,Yan Jiao,Yihan Zhu,Qiran Cai,Anthony Vasileff,Lu Hua Li,Yu Han,Ying Chen,Shi Zhang Qiao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (9): 3336-3339 被引量:1180
标识
DOI:10.1021/jacs.6b13100
摘要

Organometallic complexes with metal–nitrogen/carbon (M–N/C) coordination are the most important alternatives to precious metal catalysts for oxygen reduction and evolution reactions (ORR and OER) in energy conversion devices. Here, we designed and developed a range of molecule-level graphitic carbon nitride (g-C3N4) coordinated transition metals (M–C3N4) as a new generation of M–N/C catalysts for these oxygen electrode reactions. As a proof-of-concept example, we conducted theoretical evaluation and experimental validation on a cobalt–C3N4 catalyst with a desired molecular configuration, which possesses comparable electrocatalytic activity to that of precious metal benchmarks for the ORR and OER in alkaline media. The correlation of experimental and computational results confirms that this high activity originates from the precise M–N2 coordination in the g-C3N4 matrix. Moreover, the reversible ORR/OER activity trend for a wide variety of M−C3N4 complexes has been constructed to provide guidance for the molecular design of this promising class of catalysts.
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