서로 다른 에너지 전위를 지니는 리튬-공기(air-breathing) 배터리는 유망한 에너지 저장 시스템으로 주목받고 있으나, 느린 산소 환원 및 진화 반응(ORR 및 OER)이 충·방전 동안 가역적 셀 작동을 방해한다. 따라서 공기-호흡 배터리의 낮은 효율을 완화하기 위해 촉매 소재를 맞춤 설계해야 한다. 포르피린 유래 촉매는 서로 다른 금속 중심의 유기금속 프탈로시아닌(MPc) 복합체를 도입하고, 효율적인 Li–O2 셀을 제조하기 위한 환원-산화 매개체(RMs)로서의 잠재적 적용 가능성을 평가함으로써 최적화되었다. 각 MPc의 궤도 수준을 계산하여 잠재적 RM으로서의 타당성을 규명하였다. 다양한 MPc-RM을 사용하는 Li–O2 셀의 전기화학적 특성을 비교하였다. MPc를 포함한 Li–O2 셀은 개선된 셀 성능, 감소된 분극, 그리고 MPc-함유 전해질에 초산화물(superoxide) 종을 직접 주입하여 확인한 자가 산소화(auto-oxygenated) 특성과 함께 안정적인 사이클성을 보였다. 또한, OER 및 ORR 영역 모두에서 대기 중 환경에서 두 가지 중 가장 효과적인 MPc를 혼합한 혼합물로 이루어진 블렌딩 MPc의 상승(시너지) 효과도 규명하였다. MPc-함유 셀의 반응 메커니즘은 제1원리 계산과 실험 결과를 바탕으로 제안되었다. 천연 기능성 촉매의 도입은 지속 가능한 공기-호흡 배터리에 적용하기 위한 효과적인 친환경 촉매를 개발하는 데 기초를 제공한다.

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