Promoting hydrogen evolution reaction with a sulfonic proton relay

原解 过电位 催化作用 质子化 磺酸 卟啉 化学 无机化学 组合化学 光化学 物理化学 有机化学 电化学 电极 离子
作者
Ni Wang,Xuepeng Zhang,Jinxiu Han,Haitao Lei,Qingxin Zhang,Hang Zhang,Wei Zhang,Ulf‐Peter Apfel,Rui Cao
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:45: 88-94 被引量:27
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(22)64183-4
摘要

Enzymes can activate otherwise unreactive substrates by using residues precisely located in the active sites. We herein report on a Ga porphyrin which bears a second-sphere sulfonic group (named as 1) and its high efficiency for the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER). Complex 1 can achieve a large TOF value of 1.3 × 105 s−1 at low 295-mV overpotential with weak acetic acid (HOAc) as the proton source. Notably, 1 can catalyze H2 generation at potentials close to the thermodynamic HER equilibrium, but the sulfonic-free analogues require >250 mV more cathodic potentials to initiate HER. Mechanistic studies showed that two-electron reduced Ga porphyrins were protonated to form GaIII-H. For 1, its GaIII-H underwent rapid protonolysis with HOAc to evolve H2, but for sulfonic-free analogues, their GaIII-H required further reduction at more cathodic potentials to trigger catalysis. This work presents a synthetic molecular catalyst to achieve high HER rates under low overpotentials by promoting the protonolysis of metal hydrides with otherwise unreactive weak acids.
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