Electrically driven proton transfer promotes Brønsted acid catalysis by orders of magnitude

磷钨酸 茴香醚 催化作用 质子 化学 离解(化学) 弗里德尔-克拉夫茨反应 酸催化 键裂 无机化学 光化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Karl S. Westendorff,Max J. Hülsey,Thejas S. Wesley,Yuriy Román‐Leshkov,Yogesh Surendranath
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:383 (6684): 757-763 被引量:53
标识
DOI:10.1126/science.adk4902
摘要

Electric fields play a key role in enzymatic catalysis and can enhance reaction rates by 100,000-fold, but the same rate enhancements have yet to be achieved in thermochemical heterogeneous catalysis. In this work, we probe the influence of catalyst potential and interfacial electric fields on heterogeneous Brønsted acid catalysis. We observed that variations in applied potential of ~380 mV led to a 100,000-fold rate enhancement for 1-methylcyclopentanol dehydration, which was catalyzed by carbon-supported phosphotungstic acid. Mechanistic studies support a model in which the interfacial electrostatic potential drop drives quasi-equilibrated proton transfer to the adsorbed substrate prior to rate-limiting C-O bond cleavage. Large increases in rate with potential were also observed for the same reaction catalyzed by Ti/TiOyHx and for the Friedel Crafts acylation of anisole with acetic anhydride by carbon-supported phosphotungstic acid.
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