首页
时事
民生
政务
教育
文化
科技
财富
体娱
健康
情感
更多
旅行
百科
职场
楼市
企业
乐活
学术
汽车
时尚
创业
美食
幽默
美体
文摘
回归母校！他，师承冯新亮院士，回国即985教授/博导，发表第20篇Angew！
学术
2024-11-19 15:15
广东
【做计算 找华算】
理论计算助攻顶刊，50000+成功案例，全职海归技术团队、正版商业软件版权！
经费预存选华算：双十一重磅加码，高至30%预存增值！
电化学甘油氧化反应（GOR）是与析氢反应（HER）等阴极反应耦合生产低能耗高价值产品的一种理想选择。二维共轭金属有机框架（2D c-MOFs），包含方形平面金属配位基序（如MO
4
、M(NH)
4
、MS
4
），以其可编程的活性位点，固有电荷传输和优异的稳定性而著称，使其成为极有希望的GOR催化剂候选者。
成果简介
基于此，
山东大学董人豪教授和德累斯顿工业大学冯新亮院士（共同通讯作者）等人
报道了一类新型的2D c-MOFs电催化剂，即M
2
[NiPcS
8
]（M=Co, Ni, Cu），其通过具有不同金属中心的辛噻吩酞菁与镍（NiPc(SH)
8
）配位而合成。首先，作者利用密度泛函理论（DFT）计算研究了M
2
[M'PcX
8
]中MX
4
键在甘油氧化反应（GOR）中的作用。本研究揭示了催化动力学的层次结构，MS
4
> MO
4
> M(NH)
4
（其中M=Co）。
作者开发了一种温和的BBr
3
脱保护方法来合成2, 3, 9, 10, 16, 17, 23, 24-八巯酞菁镍（NiPc(SH)
8
），并通过改变键中的金属中心构建了3个M
2
[NiPcS
8
] 2D c-MOFs（M=Co, Ni, Cu）。所制备得MOFs的电导率高达10
-2
S m
-1
。此外，作者还合成了CoO
4
/Co(NH)
4
-连接Co
2
[NiPcO
8
]和Co
2
[NiPc(NH)
8
]。电化学测量结果表明，Co
2
[NiPcS
8
]具有优异的GOR催化性能，在电流密度为10 mA cm
-2
时，电位低至1.35 V，优于其他M
2
[M'PcX
8
]类似物，是最佳的GOR非贵金属催化剂之一。利用GOR代替OER，导致总水电解电压大幅降低0.27 V。本研究不仅阐明了2D c-MOFs的杂原子在GOR中的关键作用，而且还展示了Co
2
[NiPcS
8
]在降低水电解过程中的电解能量成本方面的巨大潜力。
相关工作以《Metal-Phthalocyanine-Based Two-Dimensional Conjugated Metal-Organic Frameworks for Electrochemical Glycerol Oxidation Reaction》为题在《Angewandte Chemie International Edition》上发表。
董人豪
，山东大学化学与化工学院教授、博士生导师。研究方向：功能界面与高分子材料。值得注意的是，这是董人豪教授发表的第20篇Angew！
图文导读
通过密度泛函理论（DFT）计算，作者模拟了M
2
[M'PcX
8
]的反应能量来优化GOR电催化剂。电化学甘油氧化制甲酸盐，从甘油（HOCH
2
-CHOH-CH
2
OH）的电子转移开始，生成吸附在M
2
[M'PcX
8
]上的去质子化甘油（称为*OCH
2
-CHOH-CH
2
OH）。以Co
2
[NiPcS
8
]为代表，与酞菁大环（即NiN
4
）相比，去质子化甘油在CoS
4
键上的吸附在能量上是有利的。随后的去质子化和电子转移是决定速率的步骤，可以采用远端途径生成*OCH
2
-CHOH-CH
2
O或交替途径形成*OCH
2
-CHOH-CH
2
OH。后一种途径的能垒为0.93 eV，远低于远端去质子化的能垒1.43 eV，说明GOR倾向于在M
2
[M'PcX
8
]上形成*OCH
2
-CHO-CH
2
OH的途径。
Co
2
[NiPcO
8
]和Co
2
[NiPc(NH)
8
]在速率决定步骤中的能势值分别为1.00 eV和1.07 eV，高于Co
2
[NiPcS
8
]的0.93 eV，表明CoS
4
对CoO
4
和Co(NH)
4
具有更强的GOR活性。当Co在MS
4
链中被Ni或Cu取代时，催化动力学降低。在所有M
2
[M'PcX
8
] MOFs中，Co
2
[CoPcS
8
]表现出最高的动力学，其顺序为Co
2
[CoPcS
8
] > Co
2
[NiPcS
8
] > Co
2
[CuPcS
8
] > Cu
2
[NiPcS
8
] > Ni
2
[NiPcS
8
]。
图1. M
2
[M'PcX
8
]作为GOR电催化剂
作者选择了BBr
3
-去保护法：首先，通过亲核取代4, 5-二氯邻苯二腈、环化缩合成NiPc(SBn)
8
和BBr
3
-去苄基化三步法合成了配体NiPc(SH)
8
，总产率高达53%。接着，将新制备的NiPc(SH)
8
、钴(II)bis（乙酰丙酮酸）和NH
3
在85 ℃的1-甲基-2-吡罗烷酮（NMP）和H
2
O（v/v=1）混合溶剂中合成了Co
2
[NiPcS
8
]，为黑色粉末，生成率为81%。同时，作者还合成了Ni
2
[NiPcS
8
]和Cu
2
[NiPcS
8
]。
图2. M
2
[NiPcS
8
] MOFs的合成与表征
在3种M
2
[NiPcS
8
]中，Co
2
[NiPcS
8
]表现出最高的催化性能，起始电位最低为1.2 V，在线性扫描伏安（LSV）曲线上电流密度最大，Tafel斜率最低为102 mV dec
-1
。为达到10 mA cm
-2
的电流密度，Co
2
[NiPcS
8
]、Cu
2
[NiPcS
8
]和Ni
2
[NiPcS
8
]所需的电位分别为1.35、1.47和1.56 V。在电流密度为10 mA cm
-2
下，所有2D
c
-MOFs驱动OER的电势相差不大（1.62~1.65 V ）。对比OER的塔菲尔斜率在220~346 mV dec
-1
范围内，MOF电极的GOR值较低，为102~236 mV dec
-1
。
此外，Co
2
[NiPcO
8
]和Co
2
[NiPc(NH)
8
]电极的GOR电位均高于Co
2
[NiPcS
8
]电极，达到10 mA cm
-2
。Co
2
[NiPcS
8
]电极从OER到GOR的电位降低了0.27 V，大大超过了Co
2
[NiPcO
8
]或Co
2
[NiPc(NH)
8
]的电位分别为0.18或0.14 V，因此Co
2
[NiPcS
8
]在降低电解能源成本和制氢方面的巨大潜力。
图3.电化学GOR性能
文献信息
Metal-Phthalocyanine-Based Two-Dimensional Conjugated Metal-Organic Frameworks for Electrochemical Glycerol Oxidation Reaction.
Angew. Chem. Int. Ed.
,
2024
, https://doi.org/10.1002/anie.202416178.
做计算，找华算
🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。
🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
👉 点击阅读原文加我，探索更多优惠💖
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkzMjM0NDYwOA==&mid=2247577764&idx=1&sn=c08fe8dcc09fa1accab0c3b4515c0d52
MS杨站长
华算科技-杨老师讲Materials Studio，DFT计算，分子模拟建模，分子动力学
最新文章
限时免单！DFT计算0元算只此一周！这波羊毛必须薅！速来！
超导材料，再登Nature Physics！
专注催化领域！他，华工「洪堡学者」，新发JACS！
中山大学/大连化物所，Nature Chemistry！
励志！这师徒3人，加起来207岁，一年发4篇Nature/Science正刊！七八十岁，拼搏正当年！
超级干货！晶体结构CIF下载方法！
预存高至30%增值，科研双11超级重磅加码，全年无忧，狂发顶刊！
打破瓶颈！他，「90后」博导，博毕2年即任C9特任研究员，新发Nature子刊！显著提升电池容量！
揭晓！全球化学领域十大新兴技术发布！
打破容量瓶颈！中科大90后博导，最新Nature子刊！
预存高至30%增值，科研双11超级重磅加码，全年无忧，狂发顶刊！
重磅！湖南大学，Nature Nanotechnology！
回归母校！他，师承冯新亮院士，回国即985教授/博导，发表第20篇Angew！
5000次，>99.5%！浙大陆俊，联手北化「杰青＆长江」团队，最新AM！
研究水！厦大「国家杰青」/「国家优青」联手，新发Nature子刊！
预存高至30%增值，科研双11超级重磅加码，全年无忧，狂发顶刊！
哈工大「国家杰青」团队，最新Angew！
预存高至30%增值，科研双11超级重磅加码，全年无忧，狂发顶刊！
笼状光催化剂！中山大学「国家杰青」苏成勇，新发JACS！
最后24小时！理论计算全场8折，错过不再有！
超燃！他，中科院院士，安徽师大校长，发表第70篇JACS！
急急急！最后2天！吹爆这个理论计算全场8折福利！快冲！！！
重磅！中科院兰州化物所，首篇Science！
重磅！中科院兰州化物所，首篇Science！
重磅！湖南大学，Nature Nanotechnology！
赵东元院士、李伟、赵再望最新Nature Protocols（附招聘）
倒计时3天！理论计算全场8折，年终大钜惠~薅羊毛指南！
官方干货！Nature顶级综述发文：如何写好一篇“标杆级”的综述？
困扰超导材料界30年！这种材料，新发Nature Physics！
原创性受质疑，3页PDF完美回应！北大「国家杰青」，今年已发6篇Nature子刊！10万次循环不衰减！
他，31岁回国即任C9教授/博导，37岁获「国家优青」，新发Angew！可充电镁电池电解液！
厦大孙世刚院士团队，联手宁德时代＆清华＆中科院，最新JACS！
惊！华算科技计算全场8折，2000元+返利送送送，仅限本周！
后浪！他，「90后」博导，211「国家优青」，联手「国家杰青」，新发Nature Energy！
IF=38.1！2个人，一篇Nature顶级光催化综述！
武汉理工麦立强，最新Angew！
3W次，每循环低至0.0004%！四川大学，最新Nature子刊！
双非院校「国家优青」团队，最新JACS！
预存高至30%增值，科研双11超级重磅加码，全年无忧，狂发顶刊！
多尺度3D光刻，长度10000000个数量级！西湖大学85后PI/博导，重磅Nature Materials！
武理工「国家优青」，联合余家国教授，最新Nature子刊！
四川大学吉俊懿，最新Angew！
≥1200次！清华大学张强，JACS！全固态锂电池！
她，博毕4年即任985教授、获「国家优青」，新发今年第4篇JACS！
牛！！！郑州大学臧双全团队，连发三篇顶刊！
预存高至30%增值，科研双11超级重磅加码，全年无忧，狂发顶刊！
开创先河！双非高校「国家优青/长江学者」团队，新发Nature子刊！
北大「国家杰青」郭雪峰，Nature Nanotechnology！
牛！！！郑州大学臧双全团队，连发三篇顶刊！
2400h！南科大徐保民团队，继Science之后，再发Nature子刊！
分类
时事
民生
政务
教育
文化
科技
财富
体娱
健康
情感
旅行
百科
职场
楼市
企业
乐活
学术
汽车
时尚
创业
美食
幽默
美体
文摘
原创标签
时事
社会
财经
军事
教育
体育
科技
汽车
科学
房产
搞笑
综艺
明星
音乐
动漫
游戏
时尚
健康
旅游
美食
生活
摄影
宠物
职场
育儿
情感
小说
曲艺
文化
历史
三农
文学
娱乐
电影
视频
图片
新闻
宗教
电视剧
纪录片
广告创意
壁纸头像
心灵鸡汤
星座命理
教育培训
艺术文化
金融财经
健康医疗
美妆时尚
餐饮美食
母婴育儿
社会新闻
工业农业
时事政治
星座占卜
幽默笑话
独立短篇
连载作品
文化历史
科技互联网
发布位置
广东
北京
山东
江苏
河南
浙江
山西
福建
河北
上海
四川
陕西
湖南
安徽
湖北
内蒙古
江西
云南
广西
甘肃
辽宁
黑龙江
贵州
新疆
重庆
吉林
天津
海南
青海
宁夏
西藏
香港
澳门
台湾
美国
加拿大
澳大利亚
日本
新加坡
英国
西班牙
新西兰
韩国
泰国
法国
德国
意大利
缅甸
菲律宾
马来西亚
越南
荷兰
柬埔寨
俄罗斯
巴西
智利
卢森堡
芬兰
瑞典
比利时
瑞士
土耳其
斐济
挪威
朝鲜
尼日利亚
阿根廷
匈牙利
爱尔兰
印度
老挝
葡萄牙
乌克兰
印度尼西亚
哈萨克斯坦
塔吉克斯坦
希腊
南非
蒙古
奥地利
肯尼亚
加纳
丹麦
津巴布韦
埃及
坦桑尼亚
捷克
阿联酋
安哥拉
