Electrocatalytic metal hydride generation using CPET mediators

催化作用 氢化物 化学 选择性 电化学 甲酸 协同催化 电催化剂 电子转移 无机化学 氧化还原 光化学 反应中间体 组合化学 金属 电极 物理化学 有机化学
作者
Subal Dey,Fabio Masero,Enzo Brack,Marc Fontecave,Victor Mougel
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:607 (7919): 499-506 被引量:117
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04874-z
摘要

Transition metal hydrides (M-H) are ubiquitous intermediates in a wide range of enzymatic processes and catalytic reactions, playing a central role in H+/H2 interconversion1, the reduction of CO2 to formic acid (HCOOH)2 and in hydrogenation reactions. The facile formation of M-H is a critical challenge to address to further improve the energy efficiency of these reactions. Specifically, the easy electrochemical generation of M-H using mild proton sources is key to enable high selectivity versus competitive CO and H2 formation in the CO2 electroreduction to HCOOH, the highest value-added CO2 reduction product3. Here we introduce a strategy for electrocatalytic M-H generation using concerted proton-electron transfer (CPET) mediators. As a proof of principle, the combination of a series of CPET mediators with the CO2 electroreduction catalyst [MnI(bpy)(CO)3Br] (bpy = 2,2'-bipyridine) was investigated, probing the reversal of the product selectivity from CO to HCOOH to evaluate the efficiency of the manganese hydride (Mn-H) generation step. We demonstrate the formation of the Mn-H species by in situ spectroscopic techniques and determine the thermodynamic boundary conditions for this mechanism to occur. A synthetic iron-sulfur cluster is identified as the best CPET mediator for the system, enabling the preparation of a benchmark catalytic system for HCOOH generation.
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