多相催化剂在与分子氧的反应中起着至关重要的作用，从燃料电池中的氧还原反应(ORR)到有机分子的选择性氧化及过氧化氢的直接合成。M-N-C催化剂，即在氮掺杂的碳载体中负载非贵金属离子(e.g. M = Fe, Co)，近年来已成为电化学氧还原和好氧氧化反应的关注焦点。

近日，威斯康星大学麦迪逊分校Thatcher W. Root，Shannon S. Stahl报道了深入探讨了电化学和化学条件下催化O₂还原机理之间的关系。

文章要点

1）研究人员通过氢醌的好氧氧化以研究化学O₂还原，其中O–H键可以提供质子与电子以将O₂还原为水。

2）通过机理研究，研究人员阐明了M-N-C催化剂到底是耦合两个类似电极介导过程的独立半反应（IHR），还是介导O₂和有机分子之间的直接内球反应（ISR）。动力学分析数据支持了后一种ISR途径。此外，该结论也得到速率/电势相关性的证实，该相关性揭示出显著不同的塔菲尔斜率，从而表明不同的化学和电化学氧还原机制。

通过该研究获得的原子级见解将有助于开发更加先进的非贵金属催化剂用于有机分子的选择性好氧氧化。

参考文献

Jason S. Bates, et al, Chemical and Electrochemical O₂ Reduction on Earth-Abundant M‑N‑C Catalysts and Implications for Mediated Electrolysis, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c11126

https://doi.org/10.1021/jacs.1c11126