Elucidating the mechanism of a stable and re-usable Mn12-based electrocatalyst for homogenous water oxidation

电催化剂 过电位 化学 催化作用 光系统II 析氧 电化学 光化学 析氧络合物 动力学 无机化学 物理化学 电极 光合作用 有机化学 生物化学 量子力学 物理
作者
Naama Gluz,Guilin Ruan,Galia Maayan
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:4 (3): 100935-100935 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.checat.2024.100935
摘要

Mn12O12(O2R)16(H2O)4 clusters are mimetic models of the oxygen-evolving center near photosystem II. A few water-soluble Mn12 clusters were recently developed as water oxidation (WO) electrocatalysts. Although some understanding regarding their composition-activity relationships was acquired, their full catalytic mechanism was never studied. In this work, we report on Mn12O12(O2CC6H2(OH)2Br)16(H2O)4 (Mn12Br), which is a stable and, for the first time, re-usable electrocatalyst for homogeneous WO in low overpotential (124 mV). Based on mechanistic investigations, we propose, also for the first time, the catalytic mechanism of Mn12Br. Thus, multiple electrochemical experiments provided evidence for a proton-coupled electron transfer event, and kinetic isotope effect studies suggested a water nucleophilic attack (WNA) pathway for O–O bond formation. We also demonstrated that although WNA is triggered by the first Mn oxidation, a second oxidation has a significant role in WO, as seen from the faster kinetics of WO after the second Mn oxidation occurs.
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