The Role of Carbonate in Catalytic Oxidations

氧化剂 化学 碳酸盐 催化作用 产量(工程) 激进的 水溶液 金属 无机化学 有机化学 材料科学 冶金
作者
Shanti G. Patra,Amir Mizrahi,Dan Meyerstein
出处
期刊:Accounts of Chemical Research [American Chemical Society]
卷期号:53 (10): 2189-2200 被引量:200
标识
DOI:10.1021/acs.accounts.0c00344
摘要

Conspectus CO2, HCO3–, and CO32– are present in all aqueous media at pH > 4 if no major effort is made to remove them. Usually the presence of CO2/HCO3–/CO32– is either forgotten or considered only as a buffer or proton transfer catalyst. Results obtained in the last decades point out that carbonates are key participants in a variety of oxidation processes. This was first attributed to the formation of carbonate anion radicals via the reaction OH• + CO32– → CO3•– + OH–. However, recent studies point out that the involvement of carbonates in oxidation processes is more fundamental. Thus, the presence of HCO3–/CO32– changes the mechanisms of Fenton and Fenton-like reactions to yield CO3•– directly even at very low HCO3–/CO32– concentrations. CO3•– is a considerably weaker oxidizing agent than the hydroxyl radical and therefore a considerably more selective oxidizing agent. This requires reconsideration of the sources of oxidative stress in biological systems and might explain the selective damage induced during oxidative stress. The lower oxidation potential of CO3•– probably also explains why not all pollutants are eliminated in many advanced oxidation technologies and requires rethinking of the optimal choice of the technologies applied. The role of percarbonate in Fenton-like processes and in advanced oxidation processes is discussed and has to be re-evaluated. Carbonate as a ligand stabilizes transition metal complexes in uncommon high oxidation states. These high-valent complexes are intermediates in electrochemical water oxidation processes that are of importance in the development of new water splitting technologies. HCO3– and CO32– are also very good hole scavengers in photochemical processes of semiconductors and may thus become key participants in the development of new processes for solar energy conversion. In this Account, an attempt to correlate these observations with the properties of carbonates is made. Clearly, further studies are essential to fully uncover the potential of HCO3–/CO32– in desired oxidation processes.
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