基于第一性原理研究金属卟啉、酞菁配合物氧还原催化机理

摘要

金属卟啉、酞菁大环配合物作为一种优越的氧还原催化剂得到了广泛的研究，但是，由于实验手段的限制，人们对这一类催化剂在分子水平上的催化机理研究较少，为了弥补实验手段的不足，研究人员利用量子化学计算的手段来研究金属卟啉、酞菁大环配合物的微观催化机理并取得了一些进展，这些成果为合成更高效的金属配合物催化剂提供了理论基础。本文利用密度泛函理论计算软件ADF模拟卟啉铁(FeP)、卟啉钴(CoP)、酞菁铁(FePc)和酞菁钴(CoPc)催化剂分子上氧气分子的吸附和电化学还原反应，通过分子动力学模拟手段来判断中间还原产物。给出氧分子催化还原机理：(1)对与FeP和FePc而言，氧分子被还原为水分子和吸附氧原子，吸附氧原子继续与质子发生反应形成水分子，为四电子还原机理。(2)对于CoP和CoPc而言，氧分子被还原为过氧化氢分子。由于过氧化氢在催化剂上的吸附能很小，一旦形成还原产物则很快从催化剂上解离，为二电子还原机理。