Copper-based water-oxidation electrocatalysts; Design, synthesis and characterization

铜基水氧化电催化剂;

基本信息

  • 批准号:
    1213683
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

With this award from the Chemical Catalysis Program of the Division of Chemistry of the National Science Foundation Professor Raphael Raptis from the Florida International University develop new, bio-inspired, water-oxidation electrocatalysts. This research is based on the idea that a catalyst leading to dioxygen-to-water reduction (such as that observed in an enzyme having a tricopper oxygenase) can be judiciously modified to catalyze the water-to-dioxygen oxidation. Specifically, the work plan consists of efforts to synthesize a hexanuclear copper-pyrazolato scaffold, which will be able to deprotonate water twice, forming coordinated oxide-ions, and template the formation of oxygen-oxygen bonds, upon oxidation. The synthetic work will be theory-driven and will aim at tuning the redox properties of the copper-oxo assembly as to favor O-based oxidation over a Cu-based one. Structural, spectroscopic, magnetic and electrochemical studies of the new complexes will guide the computation of the thermodynamic parameters for this process. The new electrocatalysts will be anchored on electrode surfaces in order to evaluate their electrochemical performance.This research will aim at low-cost electrocatalysts development using Earth-abundant metal, copper, which will achieve the oxidation of water to dioxygen at a low redox potential. This will make the splitting of water an economically viable means of producing hydrogen fuel. The project also provides its participants with training opportunities in a contemporary, multidisciplinary research field, exposing them at the same time to the work of our local and international collaborators. Dissemination of the project results is accomplished via a host of community outreach activities.
凭借国家科学基金会化学部化学催化计划的这一奖项,来自佛罗里达国际大学的Raphael Raptis教授开发了新的生物启发的水氧化电催化剂。这项研究是基于这样的想法,即导致双氧到水还原的催化剂(例如在具有三铜加氧酶的酶中观察到的)可以被明智地修饰以催化水到双氧的氧化。具体而言,该工作计划包括努力合成六核铜-吡唑基支架,该支架将能够使水去质子化两次,形成配位的氧化物离子,并在氧化时形成氧-氧键的模板。合成工作将是理论驱动的,并将旨在调整铜-氧代组装的氧化还原性质,以有利于基于O的氧化超过基于Cu的氧化。新配合物的结构、光谱、磁学和电化学研究将指导这一过程的热力学参数的计算。新的电催化剂将被固定在电极表面,以评估其电化学性能。本研究的目标是使用地球上丰富的金属铜开发低成本的电催化剂,该催化剂将在低氧化还原电位下将水氧化为分子氧。这将使水的分解成为生产氢燃料的经济可行的方法。 该项目还为参与者提供当代多学科研究领域的培训机会,同时让他们接触到我们当地和国际合作者的工作。项目成果的传播是通过一系列社区外联活动完成的。

项目成果

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