Protonic nanoenvironment engineering for tuning the electrocatalytic efficiency and product selectivity of O2 reduction

文献情報

出版日 2023-10-27
DOI 10.1039/D3QI01756G
インパクトファクター 6.569
著者

Hei Tung Yau, Zuo Hang Yu, Edmund C. M. Tse


原文を見る

要旨

Precise control over the activity and selectivity of oxygen reduction reaction (ORR) catalysts is key to the development of efficient and durable cathodes for proton-exchange membrane (PEM) fuel cells. Recently, hybrid bilayer membrane (HBM) has emerged as a nanoscale electrochemical platform for investigating proton-coupled electron transfer (PCET) reactions, with particular emphasis on ORR thermodynamics and kinetics. In this work, we have developed a unique HBM incorporating a new self-assembled monolayer (SAM) design, deviating from the established nanoconstructs in prior studies. The new design integrates a custom-synthesized tridentate ligand, 2,2′:6′,2′′-terpyridine-4′-oxy-hexane-1-thiol (TPY), for hosting first-row transition metals (M) beyond Cu(II), including Ni(II) and Mn(II), resulting in a SAM decorated with terminal mononuclear M-TPY complexes. Among the observed ORR activity and selectivity, Cu-TPY SAM showed distinctive characteristics in contrast to Ni-TPY SAM and Mn-TPY SAM. Cu-TPY SAM exhibited significantly higher ORR activity via a dissociative 4-electron ORR mechanism, while Ni-TPY SAM and Mn-TPY SAM displayed lower ORR activity employing an associative 2-electron ORR pathway. We attributed these differences to the formation of distinct M–O intermediates, specifically end-on metal-superoxo adducts (η1 M–O2−) and side-on metal-superoxo adducts (η2 M–O2−), upon O2 binding to the metal center. By appending a 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) lipid monolayer onto M-TPY SAM to form M-TPY HBM, the catalyst–nanoenvironment interface transitions from one with facile proton transfer to one with protons depleted. With the incorporation of dodecyl boronic acid (DBA) as a proton carrier (PC) into the lipid monolayer to form M-TPY HBM DBA, the nanoenvironment switches to one with regulated proton transfer kinetics, ultimately achieving systematic modulation of the ORR activity and selectivity of the embedded M-TPY catalytic site. The mechanistic insights gained on steering the PCET pathways have implications for boosting the activity and selectivity of electrocatalysts tailored for facilitating other redox reactions central to renewable energy schemes and sustainable resource utilization.

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

2,3-スチオエポキシマドルを取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

取り扱いにはPPE(プロテクティブ・パーソナル・エイド)が必要で、防ぐ手袋と保護眼鏡を着用してください。ドラフトチャンバーの使用を推奨します。漏洩した場合は、適...

4267-80-52,3-Thioepoxy Madol
化合物よくある質問

6-氟-2-氨基苯酚の主な用途は何ですか?

6-氟-2-氨基苯酚は主に医薬品の合成材料として使用され、一部の農薬の製造にも利用されます。また、研究用途でも広く使用されています。

53981-25-22-Amino-6-fluorophen...
化合物よくある質問

BOC-S-3-アミニ-4-(4-メチオキシベンチル)-ブタン酸の代替品はありますか?

この化合物の代替品としては、BOC保護基を有さないアミノ酸やその他の保護基化合物が考えられます。また、メチオキシ基を有しない他の芳香族アミノ酸も代替品として挙げ...

126800-59-7(3S)-4-(4-Methoxyphe...
化合物よくある質問

Methyl 2-(chloromethyl)-3-nitrobenzoate(1218910-61-2)の代替品はありますか?

Methyl 2-(chloromethyl)-3-nitrobenzoate(1218910-61-2)の代替品としては、化学組成を変えることで効果を達成する...

1218910-61-2Methyl 2-(chlorometh...
化合物よくある質問

(2R)-2-アミノ-N-ベンジル-3-ヒドロキシプロパナミドを含む廃棄物はどのように処理すべきですか?

(2R)-2-アミノ-N-ベンジル-3-ヒドロキシプロパナミドを含む廃棄物は、適切な廃棄物管理ガイドラインに基づき処理する必要があります。まず、廃棄物を適切に収...

175481-39-7(2R)-2-amino-N-benzy...
化合物よくある質問

6,7-二氢-咪唑並[1,2-a]ピリドイン-8(5h)-酮はどのように合成されますか?

6,7-二氢-咪唑並[1,2-a]ピリドイン-8(5h)-酮は、2-ブロモフェニルアセトインとリン酸ハロゲン化物を反応させることで合成できます。この反応は高温で...

457949-09-66,7-Dihydroimidazo[1...
化合物よくある質問

エチル(3R)-3-ピロリジニル酢酸水和塩とは何ですか?

エチル(3R)-3-ピロリジニル酢酸水和塩は、CAS番号1332459-32-1の化合物で、(R)-乙基2-(ピロリジン-3-基)酢酸塩水和塩と呼ばれます。この...

1332459-32-1Ethyl (3R)-3-pyrroli...
化合物よくある質問

(2S)-{[(2-メチルエチルオキシ]カルボニル}アミノ)[2-(トリアフルオロメチルフェニル]エチカシック酸の物理化学的性質は何ですか?

(2S)-{[(2-メチルエチルオキシ]カルボニル}アミノ)[2-(トリアフルオロメチルフェニル]エチカシック酸のCAS番号は1203454-45-8です。この...

1203454-45-8(2S)-({[(2-Methyl-2-...
化合物よくある質問

2-ブロモ-1-(2-メチル-2-プロパニル)-4-ニトロベンゼンはどのように保存すればよいですか?

2-ブロモ-1-(2-メチル-2-プロパニル)-4-ニトロベンゼンは、直射日光を避けて暗所で、室温(約15℃〜25℃)、乾燥した場所に保存する必要があります。ま...

6310-17-42-Bromo-1-(2-methyl-...
化合物よくある質問

1-[(4-硝基フェニル)スルホニル]-1H-1,2,4-三唑の市場動向や研究トレンドはどうですか?

市場動向としては、1-[(4-硝基フェニル)スルホニル]-1H-1,2,4-三唑は主に農業用除草剤や合成化学製品の原料として利用されています。研究トレンドとして...

57777-84-11-[(4-Nitrophenyl)su...

掲載誌

Inorganic Chemistry Frontiers

Inorganic Chemistry Frontiers
CiteScore: 10.4
自己引用率: 6.6%
年間論文数: 625

Inorganic Chemistry Frontiers publishes research articles, reviews, notes, comments and methods covering all areas of inorganic chemistry. Emphases are placed on interdisciplinary studies where inorganic chemistry and organometallic chemistry meet related areas, such as catalysis, biochemistry, nanoscience, energy and materials science. For publication in Inorganic Chemistry Frontiers, papers should report high-quality work of exceptional novelty, which will be of significant interest to the wide readership of the journal.

おすすめ化合物

おすすめサプライヤー

免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。