Bioinspired Tetranuclear Manganese Cubane Complex as an Efficient Molecular Electrocatalyst for Two‐Electron Water Oxidation Towards Hydrogen Peroxide

电催化剂 催化作用 过氧化氢 化学 锰 电化学 过氧化物 无机化学 光化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Tongshuai Wang,Wenxiu Li,Gang Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (34): e202406701-e202406701 被引量:15
标识
DOI:10.1002/anie.202406701
摘要

Abstract Stable homogeneous two‐electron water oxidation electrocatalysts are highly demanded to understand the precise mechanism and reaction intermediates of electrochemical H 2 O 2 production. Here we report a tetranuclear manganese complex with a cubane structure which can electrocatalyze water oxidation to hydrogen peroxide under alkaline and neutral conditions. Such a complex demonstrates an optimal Faradaic efficiency (FE) of 87 %, which is amongst ( if not ) the highest FE(H 2 O 2 ) of reported homogeneous and heterogeneous electrocatalysts. In addition, active species were identified and co‐catalysts were excluded through ESI‐MS characterization. Furthermore, we identified water binding sites and isolated one‐electron oxidation intermediate by chemical oxidation of the catalyst in the presence of water substrates. It is evident that efficient proton‐accepting electrolytes avoid rapid proton building‐up at electrode and substantially improve reaction rate and selectivity. Accordingly, we propose a two‐electron catalytic cycle model for water oxidation to hydrogen peroxide with the bioinspired molecular electrocatalyst. The present work is expected to provide an ideal platform to elucidate the two‐electron WOR mechanism at the atomic level.
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