One Electron‐Initiated Two‐Electron Oxidation of Water by Aluminum Porphyrins with Earth's Most Abundant Metal

化学 电子转移 催化作用 无机化学 过氧化氢 光化学 氢氧化物 卟啉 金属 过氧化物 有机化学
作者
Fazalurahman Kuttassery,Siby Mathew,Shogo Sagawa,Sebastian Nybin Remello,Arun Thomas,Daisuke Yamamoto,Satomi Onuki,Yu Nabetani,Hiroshi Tachibana,Haruo Inoue
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:10 (9): 1909-1915 被引量:48
标识
DOI:10.1002/cssc.201700322
摘要

Abstract We report herein a new molecular catalyst for efficient water splitting, aluminum porphyrins (tetra‐methylpyridiniumylporphyrinatealuminum: AlTMPyP), containing earth's most abundant metal as the central ion. One‐electron oxidation of the aluminum porphyrin initiates the two‐electron oxidation of water to form hydrogen peroxide as the primary reaction product with the lowest known overpotential (97 mV). The aluminum‐peroxo complex was detected by a cold‐spray ionization mass‐spectrometry in high‐resolution MS (HRMS) mode and the structure of the intermediate species was further confirmed using laser Raman spectroscopy, indicating the hydroperoxy complex of AlTMPyP to be the key intermediate in the reaction. The two‐electron oxidation of water to form hydrogen peroxide was essentially quantitative, with a Faradaic efficiency of 99 %. The catalytic reaction was found to be highly efficient, with a turnover frequency up to ∼2×10 4 s −1 . A reaction mechanism is proposed involving oxygen–oxygen bond formation by the attack of a hydroxide ion on the oxyl‐radical‐like axial ligand oxygen atom in the one‐electron‐oxidized form of AlTMPyP(O − ) 2 , followed by a second electron transfer to the electrode.
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