卟啉钴的合成与应用研究

卟啉钴全称：5,10,15,20‑四(4‑甲氧基苯基)卟啉钴(II)，CAS：28903‑71‑1，紫黑色/深紫色结晶粉末，易溶于二氯甲烷、氯仿、THF、DMF、吡啶；微溶于甲苯；几乎不溶于水、甲醇。卟啉钴主要作为模型金属卟啉，用于均相氧化催化，也可热解制备 Co‑N‑C 氧还原电催化材料，应用于燃料电池与锌‑空气电池研究。

合成方法

在氩气保护下,向装有集热式恒温加热磁力搅拌器、球形冷凝管和温度计的250mL的三口烧瓶中分别加入0.1482g TMPP和0.1502g Co(Ac)2 ,然后加入100mL DMF搅拌将其溶解,油浴锅匀速升温到150℃开始回流,持续回流1.5h,待TMPP反应完全后,减压蒸出DMF 60mL,停止加热自然冷却到室温,将其倾入200mL蒸馏水中静置1h,抽滤,蒸馏水充分洗涤,120℃下真空干燥4h,得目标产物卟啉钴(CoTMPP),紫色晶体,产率98.20%,熔点高于300℃。目标产物化学式为C48H36N4O4Co(分子量791),紫外(CHCl3,λmax,nm):414,529,613;IR(KBr,ν,cm^-1):2219,1606,1506,1286,1247,1174,1001,800;¹H-NMR(CDCl₃,δ,ppm):1 3.11,9.46,7.24,5.28[1]。

应用研究

冶杰慧等人通过Co(Ac)2与四(对甲氧基苯基)卟啉配体(TMPP)作用,合成四(对甲氧基苯基)卟啉钴(CoTMPP),利用IR、紫外-可见光谱及1H-NMR对其进行了表征,并用紫外-可见光谱研究了CoTMPP与NO、CO2、SO2、H2S的识别作用。研究发现:室温下,卟啉钴能选择性的吸收NO气体分子,不与CO2、SO2、H2S气体作用,可对有毒气体NO进行识别和检测,能够有选择性的捕集烟道气中的NO[1]。

何欢等人以四甲氧基苯基钴卟啉(CoMTPP)为活性中心,以炭黑(BP、XC、KB)为载体,制备CoMTPP/炭黑电催化剂,通过UV-Vis、XRD、TEM对其结构进行表征,通过循环伏安曲线和线性扫描伏安曲线研究其氧还原性能,探究其催化氧还原反应的可能机理。结果表明,以KB为载体,在卟啉钴与KB质量比为1:9时采用一步法负载得到的CoMTPP/KB对氧还原反应的催化活性最高;采用Koutecky-Levich公式计算得到CoMTPP/KB的氧还原反应电子转移数为3.2,表明CoMTPP/KB催化氧还原反应是一个四电子反应和两电子反应共同进行的过程,且更倾向于四电子反应[2]。

参考文献

[1] 冶杰慧,任帅伟,张建斌,等. 四(对甲氧基苯基)卟啉钴的合成及对NO的识别作用[J]. 内蒙古工业大学学报（自然科学版）,2018,37(5):346-349. DOI:10.3969/j.issn.1001-5167.2018.05.005.

[2] 何欢,肖少华,邓克俭. 炭黑负载四甲氧基苯基钴卟啉(CoMTPP)电催化剂的氧还原性能研究[J]. 化学与生物工程,2019,36(6):25-29,43. DOI:10.3969/j.issn.1672-5425.2019.06.006.