Toward Combined Carbon Capture and Recycling: Addition of an Amine Alters Product Selectivity from CO to Formic Acid in Manganese Catalyzed Reduction of CO2

化学 格式化 氨基甲酸 选择性 均分解 甲酸 氢化物 催化作用 浸出剂 有机化学 无机化学 光化学 组合化学 金属 激进的 硫酸
作者
Moumita Bhattacharya,Sepehr Sebghati,Ryan T. VanderLinden,Caroline T. Saouma
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (41): 17589-17597 被引量:90
标识
DOI:10.1021/jacs.0c07763
摘要

Owing to the energetic cost associated with CO2 release in carbon capture (CC), the combination of carbon capture and recycling (CCR) is an emerging area of research. In this approach, "captured CO2," typically generated by addition of amines, serves as a substrate for subsequent reduction. Herein, we report that the reduction of CO2 in the presence of morpholine (generating mixtures of the corresponding carbamate and carbamic acid) with a well-established Mn electrocatalyst changes the product selectivity from CO to H2 and formate. The change in selectivity is attributed to in situ generation of the morpholinium carbamic acid, which is sufficiently acidic to protonate the reduced Mn species and generate an intermediate Mn hydride. Thermodynamic studies indicate that the hydride is not sufficiently hydritic to reduce CO2 to formate, unless the apparent hydricity, which encompasses formate binding to the Mn, is considered. Increasing steric bulk around the Mn shuts down rapid homolytic H2 evolution rendering the intermediate Mn hydride more stable; subsequent CO2 insertion appears to be faster than heterolytic H2 production. A comprehensive mechanistic scheme is proposed that illustrates how thermodynamic analysis can provide further insight. Relevant to a range of hydrogenations and reductions is the modulation of the hydricity with substrate binding that makes the reaction favorable. Significantly, this work illustrates a new role for amines in CO2 reduction: changing the product selectivity; this is pertinent more broadly to advancing CCR.
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