Molecular Iridium Catalyzed Electrochemical Formic Acid Oxidation: Mechanistic Insights

催化作用 化学 甲酸 电化学 光化学 无机化学 有机化学 物理化学 电极
作者
Yuzhu Zhou,Wenjie Xu,Zhen Wei,Dong Tian,Bai-Quan Zhu,Sicong Qiao,Yanxia Chen,Qun He,Li Song,Qun He,Li Song
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (1): e202412901-e202412901 被引量:15
标识
DOI:10.1002/anie.202412901
摘要

Electrochemical formic acid oxidation reaction (FAOR) is a pivotal model for understanding organic fuel oxidation and advancing sustainable energy technologies. Here, we present mechanistic insights into a novel molecular-like iridium catalyst (Ir-N4-C) for FAOR. Our studies reveal that isolated sites facilitate a preferential dehydrogenation pathway, circumventing catalyst poisoning and exhibiting high inherent activity. In situ spectroscopic analyses elucidate that weakly adsorbed intermediates mediate the FAOR and are dynamically regulated by potential-dependent redox transitions. Theoretical and experimental investigations demonstrate a parallel mechanism involving two key intermediates with distinct pH and potential sensitivities. The rate-determining step is identified as the adsorption of formate via coupled or sequential proton-electron transfer, which aligns well with the observed kinetic properties, pH dependence, and hydrogen/deuterium isotope effects in experiments. These findings provide valuable insights into the reaction mechanism of FAOR, advancing our understanding at the molecular level and potentially guiding the design of efficient catalysts for fuel cells and electrolyzers.
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