An NADH-Inspired Redox Mediator Strategy to Promote Second-Sphere Electron and Proton Transfer for Cooperative Electrochemical CO 2 Reduction Catalyzed by Iron Porphyrin

化学 氧化还原 电子转移 催化作用 电化学 卟啉 质子耦合电子转移 质子 组合化学 电子传输链 光化学 无机化学 有机化学 物理化学 电极 量子力学 生物化学 物理
作者
Peter T. Smith,Sophia Weng,Christopher J. Chang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:59 (13): 9270-9278 被引量:42
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.0c01162
摘要

We present a bioinspired strategy for enhancing electrochemical carbon dioxide reduction catalysis by cooperative use of base-metal molecular catalysts with intermolecular second-sphere redox mediators that facilitate both electron and proton transfer. Functional synthetic mimics of the biological redox cofactor NADH, which are electrochemically stable and are capable of mediating both electron and proton transfer, can enhance the activity of an iron porphyrin catalyst for electrochemical reduction of CO2 to CO, achieving a 13-fold rate improvement without altering the intrinsic high selectivity of this catalyst platform for CO2 versus proton reduction. Evaluation of a systematic series of NADH analogues and redox-inactive control additives with varying proton and electron reservoir properties reveals that both electron and proton transfer contribute to the observed catalytic enhancements. This work establishes that second-sphere dual control of electron and proton inventories is a viable design strategy for developing more effective electrocatalysts for CO2 reduction, providing a starting point for broader applications of this approach to other multielectron, multiproton transformations.
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