附着在电极表面的分子催化剂可以提供同质和异质催化的优点。不幸的是,一些被限制在表面的分子催化剂会失去大部分或全部的溶液性能。然而,亚利桑那大学的Dennis L. Lichtenberger、Jeffrey Pyun和Richard S. Glass等发现,当小分子[2F-2S]催化剂被纳入PDMAEMA-g-[2F-2S](PDMAEMA=聚(2-二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯)形式的金属聚合物并吸附在表面时,观察到的产氢率增加到kobs > 105 s-1,每个活性点的过电位较低,寿命增加,并对氧气有耐受性。
本文要点:
(1)比较了这些具有不同长度聚合物链的金属聚合物的电催化性能,以揭示导致这种高性能的因素。
(2)预计较小的金属聚合物会有较快的速率,因为电子和质子转移到更多的活性位点,但实验表明,每个活性位点的催化速率与聚合物的大小无关。
(3)分子动力学模型显示,高性能是这些金属聚合物吸附在表面的结果,其自然组装使[2F-2S]催化位点与电极表面紧密接触,同时保持位点在溶液中暴露于质子。这种组装有利于快速的电子转移、快速的质子转移,并且无论聚合物的大小如何,都有很高的催化率。
(4)这些结果为提高其他电催化剂的性能提供了指导,将其纳入聚合物中,使催化剂与电极和溶液有最佳的互动。
Kayla E. Clary, Arthur C. Gibson, Richard S. Glass, Jeffrey Pyun, and Dennis L. Lichtenberger. Natural Assembly of Electroactive Metallopolymers on the Electrode Surface: Enhanced Electrocatalytic Production of Hydrogen by [2Fe–2S] Metallopolymers in Neutral Water. Journal of the American Chemical Society Article ASAP
DOI: 10.1021/jacs.3c03379
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c03379