CO2-mediated porphyrin catalysis in reversible Li-CO2 cells

卟啉 催化作用 过电位 酞菁 化学 光化学 均相催化 同种类的 电化学 电极 有机化学 物理化学 物理 热力学
作者
Boran Kim,Kihyun Shin,Graeme Henkelman,Won‐Hee Ryu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:477: 147141-147141 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147141
摘要

Li-CO2 cells provide exceptional benefit by storing considerable energy and achieving environmental carbon fixation. However, the sluggish kinetics of the Li-CO2 reaction and severe cell polarization with low efficiency must be addressed. Here, we show that the manganese phthalocyanine (MnPc) molecule, a porphyrin-based homogeneous catalyst, significantly reduces the overpotential (∼50 %) and improves Li-CO2 cell performance during prolonged cycling. The reversible Li-CO2 reaction pathway proceeding via a LixCO2 intermediate species and catalyzed by MnPc was examined by in situ characterization and first principles calculations. We reveal the structural changes occurring in the MnPc catalyst with metal-to-ligand charge transfer when the electrochemically reduced CO2*- radical intermediate is bound to the Mn center after discharge; consequently, the reverse reaction enables recharging. This study introduces a way to understand and design organometallic homogeneous catalysts involving CO2 mediation of environmental energy storage systems and carbon negative.
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