Anchoring covalent organic polymers on supports with tunable functional groups boosting the oxygen reduction performance under pH-universal conditions

催化作用 极性效应 共价键 聚合物 氧气 密度泛函理论 化学 酞菁 金属 功能群 共价有机骨架 聚合 光化学 高分子化学 组合化学 无机化学 有机化学 计算化学
作者
Chonghong Shu,Wenlin Zhang,Jiayu Zhan,Fengshou Yu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:661: 923-929 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.01.218
摘要

Iron phthalocyanine (FePc) is an attractive nonprecious metal candidate for electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR). However, its low catalytic performance under acidic and neutral conditions limits its practical application. Herein, the FePc-based covalent organic polymers (COPFePc) polymerized in situ on the functionalized multiwalled carbon nanotubes (R-MWCNT) containing different electron-withdrawing or electron-donating groups (COPFePc/R-MWCNT, R = COOH, OH or NH2) were synthesized for ORR. Among them, COPFePc/COOH-MWCNT exhibited the best ORR performance under pH-universal conditions (acidic, neutral, and alkaline). Density-functional theory (DFT) calculations demonstrate that the electron-withdrawing or electron-donating effect of the functional groups in COPFePc/R-MWCNT causes charge redistribution of the active center Fe. The COOH functional group with an electron-withdrawing ability shifts the d-band center of Fe away from the Fermi energy level and reduces the binding strength of oxygen-containing intermediates, accelerating the ORR kinetics and optimizing the catalytic activity.
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