Безметальные катализаторы восстановления молекулярного кислорода и катодные материалы на их основе

Разработаны региоселективные методы синтеза гидридов и моноалкилированных производных фуллеренов, демонстрирующие высокую активность анион-радикалов по отношению к молекулярному кислороду в рамках ЦВА эксперимента, что позволяет рассматривать подобные соединения в качестве потенциальных безметальных катализаторов восстановления кислорода для замены более дорогостоящих атализаторов на основе металлов платиновой группы. Синтезировано и спектрально охарактеризовано 8 новых соединений, методом РСА подтверждено строение 4 соединений. Сконструирована и апробирована ячейка для тестирования безметальных тонкослойных фотокатализаторов восстановления молекулярного кислорода, разработаны протоколы формирования катодных материалов. Предложен и реализован на примере представительного ряда водородсодержащих производных фуллеренов (С60(CF3)H, C70(CF2)H2 (два изомера), C60(CF2)H2, С60(СF2)RH, R = Allyl) фотокаталитический цикл восстановления молекулярного кислорода, включающий в себя стадию (1) генерации анион-радикала водородсодержащего производного, (2) восстановления молекулярного кислорода при переносе атома водорода от анион-радикала и (3) регенерация образующего аниона водой. Для изомеров С70(СF2)H2 достигнуты рекордные значения фотокаталитической активности в реакции восстановления кислорода (плотность тока при потенциале 0.15 В отн. Ag/AgCl (0.39 В отн. RHE) составляет 22.2±0.5 мкА·см–2), что в 2–4 раза превосходит аналогичные системы на основе производных фуллеренов, содержащих (3.3–21.7 мкА·см–2) и не содержащих атом водорода на каркасе (2.4– 8.2 мкА·см–2), а также соизмеримо с другими фуллереновыми аналогами, содержащими в структуре редкоземельный металл (22.4–29.0 мкА·см–2). Основные результаты работы представлены на двух конференциях и опубликованы в одной статье в журнале Chemistry – An Asian Journal (IF= 4.568), по материалам работы подготовлено еще две публикации.