在酸中對過氧化氫（H2O2）進行選擇性雙-電子氧還原反應(yīng)（2e-ORR）是一項艱巨的任務(wù)，并且在很大程度上受到缺乏有效的非貴金屬基電催化劑的阻礙。金屬大循環(huán)有希望，但相對來說還沒有被充分探索。需要努力促進其固有的催化活性和/或增加活性位點的表面暴露。
基于此，蘇州大學李彥光教授和王璐教授、中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所劉天賦研究員（共同通訊作者）等人報道了他們使用密度泛函理論（DFT）計算對具有不同金屬中心的金屬卟啉（TCPP）進行高通量計算篩選，并確定鈷卟啉具有最佳的2e-ORR活性和選擇性。
在文中，作者使用高通量DFT計算，篩選了32種不同種類的金屬卟啉的2e-ORR反應(yīng)生成H2O2。其中，鈷卟啉被認為具有最佳的活性和選擇性，理論過電位低至0.04 V。在理論預(yù)測的指導下，作者通過TCPP-Co在溶液中的自組裝制備了氫鍵鈷卟啉骨架（HOFs）。PFC-72-Co具有結(jié)構(gòu)結(jié)晶度高、比表面積大、催化位點豐富等優(yōu)點。
實驗測試發(fā)現(xiàn)，PFC-72-Co可以在0.1 M HClO4中高效穩(wěn)定地生產(chǎn)H2O2，起始電位約為0.68 V，在較寬的電位窗口內(nèi)對H2O2的選擇性大于90%。此外，它的周轉(zhuǎn)頻率（TOF）值在0.55 V時約為10.9 s-1，遠遠優(yōu)于其有機或無機競爭對手，也優(yōu)于最先進的酸態(tài)Pt/Pd-Hg合金。該研究展示了用于電催化的氫鍵金屬卟啉框架，這可能會擴展這些有趣材料的潛在應(yīng)用。
Theory-guided design of hydrogen-bonded cobaltoporphyrin frameworks for highly selective electrochemical H2O2 production in acid. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-30523-0.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-30523-0.
