Regulating electron transfer over asymmetric low-spin Co(II) for highly selective electrocatalysis

位阻效应 化学 电子转移 选择性 质子耦合电子转移 催化作用 电子效应 光化学 配体(生物化学) 密度泛函理论 电催化剂 金属 计算化学 物理化学 立体化学 有机化学 电化学 生物化学 受体 电极
作者
Kuang‐Hsu Wu,Yuefeng Liu,Xin Tan,Yangyang Liu,Yangming Lin,Xing Huang,Yuxiao Ding,Bing‐Jian Su,Bingsen Zhang,Jin‐Ming Chen,Wensheng Yan,Sean C. Smith,Ian R. Gentle,Shenlong Zhao
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:2 (2): 372-385 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.checat.2021.12.005
摘要

Modulating the steric-electronic configuration of metal-organic centers is key for tuning the activity and selectivity of heterogeneous reactions, especially multi-electron transfer reactions. Here, three different asymmetric metal-organic complexes with unique steric-electronic structures are immobilized on nanocarbon for an electron-transfer-controlled oxygen reduction reaction. The strong-field ligand-induced low-spin (LS) CoII creates a necessary steric configuration for regulating reaction selectivity through ligand's proton transfer ability, for which acidic diamine ligands facilitate a four-electron transfer (94%), whereas basic ligands drive a highly selective two-electron route (97%). The steric-electronic regulation of the reaction selectivity at catalytic sites is characterized using X-ray absorption spectroscopy, reaction kinetic path analysis, and density functional theory calculation. Our results indicate that an LS state of CoII with asymmetric coordination is necessary to form a unique “flytrap” structure to promote O2 capture for the subsequent proton-coupled electron transfer, which is regulated by the Brønsted acidity of coordinating ligands.
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