Multisite Proton‐Coupled Electron Transfer Facilitates Oxidative Photocatalysis in a Molecular Zr‐Based Coordination Compound

光催化 电子转移 氧化磷酸化 质子 质子耦合电子转移 光化学 化学 电子 材料科学 催化作用 生物化学 物理 量子力学
作者
Mercedes Moreno‐Albarracín,Alvaro M. Rodriguez‐Jimenez,Omar Nuñez,Pablo Garrido‐Barros
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202510723
摘要

The development of mediators that harness visible light to drive proton-coupled electron transfer (PCET) offers a promising pathway to achieving challenging redox transformations in a more sustainable manner and with enhanced thermochemical efficiency. However, designing photocatalytic systems based on earth-abundant metals while gaining precise control over their excited-state reactivity remains a significant challenge. Here, deprotonation of the hydroxy ligands in the Zr₃(O)(OH)₃ nodes of a photoactive coordination cage is shown to unlock the photocatalytic oxidation of strong O─H and C─H bonds (70-100 kcal mol⁻1). Mechanistic investigations reveal that this oxidative process proceeds via a multisite PCET pathway involving ground-state, pre-association followed by a static quenching mechanism. This contrasts with the dynamic quenching mechanism governing the reductive PCET previously reported for the same system. Collectively, these findings establish an unprecedented ambipolar PCET mechanism with a new class of photocatalytic mediators based on an earth abundant metal.

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