Atropisomeric Hydrogen Bonding Control for CO2 Binding and Enhancement of Electrocatalytic Reduction at Iron Porphyrins

化学 氢键 过电位 阿托品 动力学同位素效应 光化学 卟啉 电化学 结晶学 无机化学 立体化学 分子 物理化学 有机化学 电极 物理 量子力学
作者
Philipp Gotico,Loïc Roupnel,Régis Guillot,Marie Sircoglou,Winfried Leibl,Zakaria Halime,Ally Aukauloo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:132 (50): 22637-22641 被引量:22
标识
DOI:10.1002/ange.202010859
摘要

Abstract The manipulation of the second coordination sphere for improving the electrocatalytic CO 2 reduction has led to breakthroughs with hydrogen bonding, local proton source, or electrostatic effects. We have developed two atropisomers of an iron porphyrin complex with two urea functions acting as multiple hydrogen‐bonding tweezers to lock the metal‐bound CO 2 in a similar fashion found in the carbon monoxide dehydrogenase (CODH) enzyme. The αα topological isomer with the two urea groups on the same side of the porphyrin provides a stronger binding affinity to tether the incoming CO 2 in comparison to the αβ disposition. However, the electrocatalytic activity of the αβ atropisomer outperforms its congener with one of the highest reported turnover frequencies at low overpotential. The strong H/D kinetic isotope effect (KIE) observed for the αα system indicates the existence of a tight water hydrogen‐bonding network for proton delivery which is disrupted by addition of an acid source. The small H/D KIE for the αβ isomer and the enhanced electrocatalytic performance on addition of stronger acid indicate the free access of protons to the bound CO 2 on the opposite side of the urea arm.

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