Shallow Rate-Redox Potential Scaling in Aqueous Molecular Oxygen Reduction Electrocatalysis Across a Family of Iron Macrocycles
Notice bibliographique
Résumé
Rate-overpotential scaling relationships have been employed widely to understand trends in oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysis by dissolved metal macrocycles in organic electrolytes. Similar scaling relationships remain unknown for surface-adsorbed ORR electrocatalysts in the acidic aqueous environments germane to proton-exchange membrane (PEM) fuel cells. Herein, we examine ORR catalysis in aqueous perchloric acid media for a structurally diverse array of iron macrocycle complexes adsorbed on Vulcan carbon black. The macrocycles encompass Fe–N 4, Fe–N 2 N′ 2 and Fe–N x C 4– x motifs bearing pyrrolic, pyridinic, and N-heterocyclic carbene (NHC) moieties in the primary ligation sphere, giving rise to a 670 mV range in Fe(III/II) redox potentials, E Fe(III/II) . Experimental Tafel data in the micropolarization regime were extrapolated to the E Fe(III/II) to furnish estimated per-site-normalized current density ( j per-site ) values that span ∼4.6 orders of magnitude across the family of compounds. Despite the structural diversity of this family of compounds, extrapolated j per-site values correlate with the Fe(III/II) redox potentials in a roughly log-linear fashion with a shallow scaling factor of approximately 145 mV/decade. These findings highlight the phenomenology that negative shifts in E Fe(III/II) track with diminishing returns in catalytic rate promotion, regardless of the exact ORR mechanism, and suggest that changes to the primary ligating environment in a macrocycle are insufficient to break fundamental rate-potential scaling relationships in aqueous ORR catalysis. Together these studies motivate the further development of higher-potential iron complexes that employ motifs beyond the equatorial ligation plane to enhance ORR catalysis.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
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