物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (7): 2007031.doi: 10.3866/PKU.WHXB202007031
所属专题: 电催化
收稿日期:
2020-07-14
录用日期:
2020-08-03
发布日期:
2020-08-06
通讯作者:
张伟,曹睿
E-mail:zw@snnu.edu.cn;ruicao@ruc.edu.cn
基金资助:
Xueqing Gao, Shujiao Yang, Wei Zhang(), Rui Cao()
Received:
2020-07-14
Accepted:
2020-08-03
Published:
2020-08-06
Contact:
Wei Zhang,Rui Cao
E-mail:zw@snnu.edu.cn;ruicao@ruc.edu.cn
About author:
Rui Cao. Email:ruicao@ruc.edu.cn (R.C.). Tel.: +86-29-81530727Supported by:
摘要:
自然界光合作用的析氧催化剂为不对称锰簇结构。催化中心除了自身特殊的结构外,还与周围氨基酸残基和水分子通过氢键来连接以提供高速的质子电子迁移通道。这些迁移通道对人工锰基析氧催化剂的开发和研究具有重要的启发意义,但却较少受到关注。本文通过简单的共沉淀法制备了一种夹有乙二胺离子和水分子的磷酸锰纳米片,磷酸锰与层间分子通过氢键连接,形成了氢键网络,一定程度上模拟了自然界析氧中心的外围结构。与氢键网络被破坏的磷酸锰纳米片相比,这种含有丰富、广泛和连续氢键网络的磷酸锰纳米片在中性条件下具有较高的催化析氧性能。磷酸锰纳米片中的氢键网络具有与光系统II中氢键网络类似的功能,它加快了质子的转移速率,从而促进电催化水氧化。
高学庆, 杨树姣, 张伟, 曹睿. 胺和水插层磷酸锰仿生模拟氢键网络用于电催化水氧化[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7), 2007031. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007031
Xueqing Gao, Shujiao Yang, Wei Zhang, Rui Cao. Biomimicking Hydrogen-Bonding Network by Ammoniated and Hydrated Manganese (Ⅱ) Phosphate for Electrocatalytic Water Oxidation[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37(7), 2007031. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007031
Fig 6
(a) LSV polarization curves of (EDAI)(H2O)MnPi, (EDAI)MnPi, and (H2O)MnPi samples. (b) The anodic charging current at 0.84 V plotted against the scan rates, the slopes of which are capacitances of samples. (c) The normalized OER activity comparison of samples. The original activity is normalized by the ECSA of the materials determined in Fig. 6b. (d) CPE of the (EDAI)(H2O)MnPi at 1.86 V (vs RHE) without iR compensation."
1 |
Dogutan D. K. ; Nocera D. G. Acc. Chem. Res. 2019, 52, 3143.
doi: 10.1021/acs.accounts.9b00380 |
2 |
Gao X. ; Chen Y. ; Sun T. ; Huang J. ; Zhang W. ; Wang Q. ; Cao R. Energy Environ. Sci. 2020, 13, 174.
doi: 10.1039/c9ee02380a |
3 |
Li P. ; Zhao R. ; Chen H. ; Wang H. ; Wei P. ; Huang H. ; Liu Q. ; Li T. ; Shi X. ; Zhang Y. ; et al Small 2019, 15, 1805103.
doi: 10.1002/smll.201805103 |
4 |
Odella E. ; Mora S. J. ; Wadsworth B. L. ; Goings J. J. ; Gervaldo M. A. ; Sereno L. E. ; Groy T. L. ; Gust D. ; Moore T. A. ; Moore G. F. ; et al Chem. Sci. 2020, 11, 3820.
doi: 10.1039/c9sc06010c |
5 |
Devi T. ; Lee Y. -M. ; Nam W. ; Fukuzumi S. Coord. Chem. Rev. 2020, 410, 213219.
doi: 10.1016/j.ccr.2020.213219 |
6 |
Siegbahn P. E. M. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1871.
doi: 10.1021/ar900117k |
7 |
Harriman A. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 573
doi: 10.1002/ejic.201301540 |
8 |
Zhao D. ; Zhuang Z. ; Cao X. ; Zhang C. ; Peng Q. ; Chen C. ; Li Y. Chem. Soc. Rev. 2020, 49, 2215.
doi: 10.1039/c9cs00869a |
9 |
Ye S. ; Ding C. ; Liu M. ; Wang A. ; Huang Q. ; Li C. Adv. Mater. 2019, 31, 1902069.
doi: 10.1002/adma.201902069 |
10 |
Fukuzumi S. ; Lee Y.-M. ; Nam W. Dalton Trans. 2019, 48, 779.
doi: 10.1039/c8dt04341h |
11 |
Mavrokefalos C. K. ; Patzke G. R. Inorganics 2019, 7, 29.
doi: 10.3390/inorganics7030029 |
12 | Sun W. ; Lin J. ; Liang X. ; Yang J. ; Ma B. ; Ding Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905025. |
孙万军; 林军奇; 梁向明; 杨峻懿; 马宝春; 丁勇. 物理化学学报, 2020, 36, 1905025.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201905025 |
|
13 |
Shaffer D. W. ; Xie Y. ; Concepcion J. J. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 6170.
doi: 10.1039/c7cs00542c |
14 |
Shen J. R. Annu. Rev. Plant Physiol. 2015, 66, 23.
doi: 10.1146/annurev-arplant-050312-120129 |
15 |
Yano J. ; Yachandra V. Chem. Rev. 2014, 114, 4175.
doi: 10.1021/cr4004874 |
16 |
Lubitz W. ; Chrysina M. ; Cox N. Photosynth. Res. 2019, 142, 105.
doi: 10.1007/s11120-019-00648-3 |
17 |
Wang Y. ; Suzuki H. ; Xie J. ; Tomita O. ; Martin D. J. ; Higashi M. ; Kong D. ; Abe R. ; Tang J. Chem. Rev. 2018, 118, 5201.
doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00286 |
18 |
Li Z. ; Wang W. ; Ding C. ; Wang Z. ; Liao S. ; Li C. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 765.
doi: 10.1039/c6ee03401b |
19 |
Zaharieva I. ; Najafpour M. M. ; Wiechen M. ; Haumann M. ; Kurz P. ; Dau H. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2400.
doi: 10.1039/c0ee00815j |
20 |
Najafpour M. M. ; Zarei Ghobadi M. ; Sarvi B. ; Madadkhani S. ; Jafarian Sedigh D. ; Rafighi P. ; Tavahodi M. ; Shen J. -R. ; Allakhverdiev S. I. Int. J. Hydrog. Energy 2016, 41, 5504.
doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.01.131 |
21 |
McCool N. S. ; Robinson D. M. ; Sheats J. E. ; Dismukes G. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11446.
doi: 10.1021/ja203877y |
22 |
Ye S. ; Ding C. ; Chen R. ; Fan F. ; Fu P. ; Yin H. ; Wang X. ; Wang Z. ; Du P. ; Li C. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3250.
doi: 10.1021/jacs.7b10662 |
23 |
Zhang T. ; Wang C. ; Liu S. ; Wang J. L. ; Lin W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 273.
doi: 10.1021/ja409267p |
24 |
Hou H. J. M. Materials 2011, 4, 1693.
doi: 10.3390/ma4101693 |
25 |
Yamaguchi A. ; Inuzuka R. ; Takashima T. ; Hayashi T. ; Hashimoto K. ; Nakamura R. Nat. Commun. 2014, 5, 4256.
doi: 10.1038/ncomms5256 |
26 |
Kurz P. Top. Curr. Chem. 2016, 371, 49.
doi: 10.1007/128_2015_634 |
27 |
Najafpour M. M. ; Ghobadi M. Z. ; Haghighi B. ; Eaton-Rye J. J. ; Tomo T. ; Shen J. R. ; Allakhverdiev S. I. Biochemistry-Moscow 2014, 79, 324.
doi: 10.1134/s0006297914040026 |
28 |
Jin K. ; Park J. ; Lee J. ; Yang K. D. ; Pradhan G. K. ; Sim U. ; Jeong D. ; Jang H. L. ; Park S. ; Kim D. ; et al J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7435.
doi: 10.1021/ja5026529 |
29 |
Najafpour M. M. ; Renger G. ; Holynska M. ; Moghaddam A. N. ; Aro E. -M. ; Carpentier R. ; Nishihara H. ; Eaton-Rye J. J. ; Shen J. -R. ; Allakhverdiev S. I. Chem. Rev. 2016, 116, 2886.
doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00340 |
30 |
Najafpour M. M. ; Zaharieva I. ; Zand Z. ; Hosseini S. M. ; Kouzmanova M. ; Holynska M. ; Tranca I. ; Larkum A. W. ; Shen J. -R. ; Allakhverdiev S. I. Coord. Chem. Rev. 2020, 409, 213183.
doi: 10.1016/j.ccr.2020.213183 |
31 |
Dau H. ; Zaharieva I. ; Haumann M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2012, 16, 3.
doi: 10.1016/j.cbpa.2012.02.011 |
32 |
Singh B. ; Indra A. Inorg. Chim. Acta 2020, 506, 119440.
doi: 10.1016/j.ica.2020.119440 |
33 |
Xiao Y. ; Zhu Q. ; Yang Y. ; Wang W. ; Kuang T. ; Shen J. -R. ; Han G. Photosynth. Res. 2020.
doi: 10.1007/s11120-020-00753-8 |
34 |
Sugiura M. ; Taniguchi T. ; Tango N. ; Nakamura M. ; Selles J. ; Boussac A. Physiol. Plant. 2020.
doi: 10.1111/ppl.13115 |
35 |
Lee Y. V. ; Tian B. Nano Lett. 2019, 19, 2189.
doi: 10.1021/acs.nanolett.9b00388 |
36 |
Petrie S. ; Terrett R. ; Stranger R. ; Pace R. J. ChemPhysChem 2020, 21, 785.
doi: 10.1002/cphc.201901106 |
37 |
Mueh F. ; Zouni A. Protein Sci. 2020, 29, 1090.
doi: 10.1002/pro.3841 |
38 |
Umena Y. ; Kawakami K. ; Shen J. R. ; Kamiya N. Nature 2011, 473, 55.
doi: 10.1038/nature09913 |
39 |
Vogt L. ; Vinyard D. J. ; Khan S. ; Brudvig G. W. Curr. Opin. Chem. Biol. 2015, 25, 152.
doi: 10.1016/j.cbpa.2014.12.040 |
40 |
Guerra F. ; Siemers M. ; Mielack C. ; Bondar A.-N. J. Phys. Chem. B 2018, 122, 4625.
doi: 10.1021/acs.jpcb.8b00649 |
41 |
Isobe H. ; Shoji M. ; Shen J. -R. ; Yamaguchi K. J. Phys. Chem. B 2015, 119, 13922.
doi: 10.1021/acs.jpcb.5b05740 |
42 |
Shoji M. ; Isobe H. ; Yamanaka S. ; Umena Y. ; Kawakami K. ; Kamiya N. ; Shen J. -R. ; Nakajima T. ; Yamaguchi K. Mol. Phys. 2015, 113, 359.
doi: 10.1080/00268976.2014.960021 |
43 |
Li Y. ; Yao R. ; Chen Y. ; Xu B. ; Chen C. ; Zhang C. Catalysts 2020, 10, 185.
doi: 10.3390/catal10020185 |
44 |
Dismukes G. C. ; Brimblecombe R. ; Felton G. A. N. ; Pryadun R. S. ; Sheats J. E. ; Spiccia L. ; Swiegers G. F. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1935.
doi: 10.1021/ar900249x |
45 |
Escobal J. ; Pizarro J. L. ; Mesa J. L. ; Lezama L. ; Olazcuaga R. ; Arriortua M. I. ; Rojo T. Chem. Mater. 2000, 12, 376.
doi: 10.1021/cm9910815 |
46 |
Zhao H. R. ; Xue C. ; Li C. P. ; Zhang K. M. ; Luo H. B. ; Liu S. X. ; Ren X. M. Inorg. Chem. 2016, 55, 8971.
doi: 10.1021/acs.inorgchem.6b01438 |
[1] | 张珹博, 陶晓萍, 蒋文超, 郭俊雪, 张鹏飞, 李灿, 李仁贵. 微波辅助合成促进铬酸铋晶体的光生电荷分离[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303034 - . |
[2] | 徐涵煜, 宋雪旦, 张青, 于畅, 邱介山. 理论研究Cu@C2N催化剂表面上水分子对电催化CO2还原反应机理的影响[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303040 - . |
[3] | 段欣漩, Sendeku Marshet Getaye, 张道明, 周道金, 徐立军, 高学庆, 陈爱兵, 邝允, 孙晓明. 钨掺杂镍铁水滑石高效电催化析氧反应[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303055 - . |
[4] | 王宁, 李一, 崔乾, 孙晓玥, 胡悦, 罗运军, 杜然. 金属气凝胶:可控制备与应用展望[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212014 -0 . |
[5] | 胡荣, 韦丽云, 鲜靖林, 房光钰, 吴植傲, 樊淼, 郭家越, 李青翔, 刘凯思, 姜会钰, 徐卫林, 万骏, 姚永刚. 微波热冲快速制备二维多孔La0.2Sr0.8CoO3钙钛矿用于高效电催化析氧反应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212025 -0 . |
[6] | 夏伟锋, 季成宇, 王锐, 裘式纶, 方千荣. 基于四硫富瓦烯的无金属共价有机框架材料用于高效电催化析氧反应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212057 -0 . |
[7] | 于彦会, 饶鹏, 封苏阳, 陈民, 邓培林, 李静, 苗政培, 康振烨, 沈义俊, 田新龙. 钴原子团簇用于高效氧还原反应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210039 -0 . |
[8] | 兰畅, 楚宇逸, 王烁, 刘长鹏, 葛君杰, 邢巍. 质子交换膜燃料电池阴极非贵金属M-Nx/C型氧还原催化剂研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210036 -0 . |
[9] | 韩慧贤, 陈澜, 赵建成, 于海涛, 汪洋, 闫何恋, 王英雄, 薛智敏, 牟天成. 生物质基酸性低共熔溶剂用于高效溶解木质素及溶解机理[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2212043 -0 . |
[10] | 杨帅, 徐瑜歆, 郝子坤, 秦胜建, 张润鹏, 韩钰, 杜利伟, 朱紫洢, 杜安宁, 陈欣, 吴昊, 乔冰冰, 李坚, 王艺, 孙昺晨, 闫融融, 赵晋津. 高效医学传感钙钛矿材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2211025 -0 . |
[11] | 荣佑文, 桑佳琪, 车丽, 高敦峰, 汪国雄. 二氧化碳电催化还原中的电解质效应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2212027 -0 . |
[12] | 许义飞, 杨瀚文, 常晓侠, 徐冰君. 电催化动力学简介[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2210025 -0 . |
[13] | 王奥琦, 陈军, 张鹏飞, 唐珊, 冯兆池, 姚婷婷, 李灿. NiMo(O)物相结构与电解水析氢反应活性的关联[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2301023 -0 . |
[14] | 胡洋, 刘斌, 徐路遥, 董自强, 仵亚婷, 刘杰, 钟澄, 胡文彬. 基于微流控技术平台的Pt基三元电催化剂高通量合成和筛选[J]. 物理化学学报, 2023, 39(3): 2209004 -0 . |
[15] | 徐斯然, 吴奇, 卢帮安, 唐堂, 张佳楠, 胡劲松. “绿氢”工业化碱性催化剂研究现状及未来展望[J]. 物理化学学报, 2023, 39(2): 2209001 -0 . |
|