Theoretical Investigation of Catalytic Water Splitting by the Arene-Anchored Actinide Complexes

锕系元素 化学 均三甲苯 催化作用 氧化加成 金属 密度泛函理论 配体(生物化学) 催化循环 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 冶金 受体 材料科学 生物化学
作者
Zhice Yang,Hong-Xue Cai,Raza ullah shah Bacha,Songdong Ding,Qing‐Jiang Pan
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:61 (30): 11715-11724 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c01379
摘要

Actinide complexes, which could enable the electrocatalytic H2O reduction, are not well documented because of the fact that actinide-containing catalysts are precluded by extremely stable actinyl species. Herein, by using relativistic density functional theory calculations, the arene-anchored trivalent actinide complexes (Me,MeArO)3ArAn (marked as [AnL]) with desirable electron transport between metal and ligand arene are investigated for H2 production. The metal center is changed from Ac to Pu. Electron-spin density calculations reveal a two-electron oxidative process (involving high-valent intermediates) for complexes [AnL] (An = P-Pu) along the catalytic pathway. The electrons are provided by both the actinide metal and the arene ring of ligand. This is comparable to the previously reported uranium catalyst (Ad,MeArO)3mesU (Ad = adamantine and mes = mesitylene). From the thermodynamic and kinetic perspectives, [PaL] offers appreciably lower reaction energies for the overall catalytic cycle than other actinide complexes. Thus, the protactinium complex tends to be the most reactive for H2O reduction to produce H2 and has the advantage of its experimental accessibility.

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