Molecular Cobalt Complexes with Pendant Amines for Selective Electrocatalytic Reduction of Carbon Dioxide to Formic Acid

化学 甲酸 催化作用 胺气处理 二甲基甲酰胺 配体(生物化学) 分子 组合化学 无机化学 有机化学 生物化学 受体 溶剂
作者
Souvik Roy,Bhaskar Sharma,Jacques Pécaut,Philippe Simon,Marc Fontecave,Phong D. Tran,Étienne Derat,Vincent Artero
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (10): 3685-3696 被引量:337
标识
DOI:10.1021/jacs.6b11474
摘要

We report here on a new series of CO2-reducing molecular catalysts based on Earth-abundant elements that are very selective for the production of formic acid in dimethylformamide (DMF)/water mixtures (Faradaic efficiency of 90 ± 10%) at moderate overpotentials (500-700 mV in DMF measured at the middle of the catalytic wave). The [CpCo(PR2NR'2)I]+ compounds contain diphosphine ligands, PR2NR'2, with two pendant amine residues that act as proton relays during CO2-reduction catalysis and tune their activity. Four different PR2NR'2 ligands with cyclohexyl or phenyl substituents on phosphorus and benzyl or phenyl substituents on nitrogen were employed, and the compound with the most electron-donating phosphine ligand and the most basic amine functions performs best among the series, with turnover frequency >1000 s-1. State-of-the-art benchmarking of catalytic performances ranks this new class of cobalt-based complexes among the most promising CO2-to-formic acid reducing catalysts developed to date; addressing the stability issues would allow further improvement. Mechanistic studies and density functional theory simulations confirmed the role of amine groups for stabilizing key intermediates through hydrogen bonding with water molecules during hydride transfer from the Co center to the CO2 molecule.
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