均苯四甲酰亚胺桥联的聚酞菁亚铁的氧还原反应.pdf

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1、物理化学学~(WuliHuaxueXuebao)JulyActaPhys．一C．Sin．2013，29(7)，1461-14661461[Article】doi：10．3866／PKU．WHXB201304081WWW．whxb．pku．edu．cn均苯四甲酰亚胺桥联的聚酞菁亚铁的氧还原反应孙晓然。，‘李光跃。夏定国张立美。李钒’(北京工业大学化学与环境工程学院，北京100086；北京大学工学院，北京100871；河北联合大学化学．32程学院，河北唐山063009)摘要：用密度泛函方法研究了一种均苯

2、四甲酰亚胺桥联的聚酞菁亚铁的氧还原反应．设计了三个模型分子以研究此催化剂在不同聚合度时的氧还原催化反应性能．使用BP86泛函和SVP基组进行构型优化得到模型分子及其氧气复合物的电子和分子结构．此催化剂中心的铁原子和氧气以双键结合并发生电荷转移时，氧气被还原．这证明此催化剂具有良好的催化氧还原能力．通过前沿轨道分析以及模型分子氧气复合物稳定性分析证实，具有较高聚合度和较强吸电子取代基的催化剂具有更好的氧还原活性．催化剂的催化性能通过一个电催化循环来实现．在此循环过程中，氧气结合氢离子被还原为水，因此此

3、催化剂需要在酸性介质中使用．关键词：聚酞菁：铁：氧还原：反应性：密度泛函理论中图分类号：0646Oxygen-ReductionReactionofPyromellitimide-BridgedPoIyphthalocyanineFe(11)SUNXiao-Ran’·。'LIGuang-Yue。XlADing-GuoZHANGLi-Mei。LIFan’(CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering,Beo'inglndustryUniversity,Bei

4、jinglO008&PR．China；CollegeofEngineering,PekingUniversity,Beijing100871，PR．China；CollegeofChemicalEngineering,HebeiUnitedUniversity,Tangshan063009,HebeiProvince,PR．China)Abstract：Theactivityofapyromellitimide-bridgedpoIyphthalocyanineFe(11)catalystforO2

5、reductionisstudiedbydensityfunctionaItheowcalculations．ThreemodeImoleculeswithdifferentpolymerizationdegreesaredesignedtoinvestigateO2．reductionelectrocatalyticreactivity．ThemolecularandelectronicstructuresofthemodelsandtheirO2．complexesareoptimizedwit

6、hBP86functionalandSVPbasissets．ThecentraIFeatomjnthecatalystbindsO2byadoublebondfoIlowedbyachargetransfertoreduceO2．ThisstudyindicatesthatthecatalysthaspotentialforO2-reductionelectrocatalyticactivity．Thecalculatedfrontiermolecularorbitalsandstabilitie

7、softheO2-complexesdemonstratethatcatalystswithahigherpolymerizationdegreeandstrongerelectron—withdrawinggroupswillhavehigheractivitiesforO2reduction．O2-reductionactivityofthecatalystiSachievedv／aanelectrocatalyticcycle．KeyWords：POlyphtha10cyanine：Fe；Ox

8、ygen—reduction；Reactivity；Densityfunctionaltheo~1lntroductionficityintheapplicationsofPcscanbeintroducedbymodifica—Inthepastdecades，phthalocyanine(Pc)hasbeenwidelyap—tionofthePcringorchangesinthecentralmeta1．Pcscanpliedinmanyfields，incl