Highly efficient electrocatalytic CO 2 reduction by a Cr III quaterpyridine complex

过电位 法拉第效率 催化作用 电子顺磁共振 合作性 配体(生物化学) 化学 电催化剂 金属 无机化学 物理化学 电化学 电极 核磁共振 物理 有机化学 生物化学 受体
作者
Jia‐Wei Wang,Zhi‐Mei Luo,Guangjun Yang,Marcos Gil‐Sepulcre,Stephan Kupfer,Olaf Rüdiger,Gangfeng Ouyang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (14) 被引量:2
标识
DOI:10.1073/pnas.2319288121
摘要

Design tactics and mechanistic studies both remain as fundamental challenges during the exploitations of earth-abundant molecular electrocatalysts for CO 2 reduction, especially for the rarely studied Cr-based ones. Herein, a quaterpyridyl Cr III catalyst is found to be highly active for CO 2 electroreduction to CO with 99.8% Faradaic efficiency in DMF/phenol medium. A nearly one order of magnitude higher turnover frequency (86.6 s −1 ) over the documented Cr-based catalysts (<10 s −1 ) can be achieved at an applied overpotential of only 190 mV which is generally 300 mV lower than these precedents. Such a high performance at this low driving force originates from the metal–ligand cooperativity that stabilizes the low-valent intermediates and serves as an efficient electron reservoir. Moreover, a synergy of electrochemistry, spectroelectrochemistry, electron paramagnetic resonance, and quantum chemical calculations allows to characterize the key Cr II , Cr I , Cr 0 , and CO-bound Cr 0 intermediates as well as to verify the catalytic mechanism.
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