Oriented Electrostatic Effects on O2 and CO2 Reduction by a Polycationic Iron Porphyrin

过电位 化学 卟啉 阿托品 阳离子聚合 电化学 催化作用 氧化还原 光化学 无机化学 化学物理 结晶学 计算化学 立体化学 物理化学 电极 有机化学
作者
Daniel J. Martin,James M. Mayer
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (30): 11423-11434 被引量:95
标识
DOI:10.1021/jacs.1c03132
摘要

Next-generation energy technologies require improved methods for rapid and efficient chemical-to-electrical energy transformations. One new approach has been to include atomically positioned, electrostatic motifs in molecular catalysts to stabilize high-energy, charged intermediates. For example, an iron porphyrin bearing four cationic, o-N,N,N-trimethylanilinium groups (o-[N(CH3)3]+) has recently been used to catalyze the complex, multistep O2 and CO2 reduction reactions (ORR and CO2RR) with fast rates and at low overpotentials. The success of this catalyst is attributed, at least in part, to specific charge–charge interactions between the atomically positioned o-[N(CH3)3]+ groups and the bound substrate. However, by nature of the mono-ortho substitution pattern, there are four possible atropisomers of this metalloporphyrin and thus four unique electrostatic environments. This work reports that each of the four individual atropisomers catalyzes both the ORR and CO2RR with fast rates and low overpotentials. The maximum turnover frequencies vary among the atropisomers, by a factor of 60 for the ORR and a factor of 5 for CO2RR. For the ORR, the αβαβ isomer is the fastest and has the highest overpotential, while for the CO2RR the αααα isomer is the fastest and has the highest overpotential. The role of charge positioning is complex and can affect more than a single step such as CO2 binding. These data offer a first-of-a-kind perspective on atomically positioned charge and highlight the significance of high charge density, rather than orientation, on the thermodynamics and kinetics of multistep molecular electrochemical transformations.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
量子星尘发布了新的文献求助10
3秒前
marc107完成签到,获得积分10
4秒前
arniu2008应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
布吉布应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
8秒前
ssk完成签到,获得积分10
12秒前
欢呼的丁真完成签到,获得积分10
14秒前
合适醉蝶完成签到 ,获得积分10
16秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
16秒前
小乙猪完成签到 ,获得积分0
18秒前
爱笑万宝路完成签到 ,获得积分10
24秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
25秒前
26秒前
杨一完成签到 ,获得积分10
27秒前
清爽明辉发布了新的文献求助10
31秒前
逢场作戱__完成签到 ,获得积分10
32秒前
WYN发布了新的文献求助10
34秒前
小宇等日落完成签到,获得积分10
34秒前
鲨鱼完成签到 ,获得积分10
35秒前
hi_traffic完成签到,获得积分10
38秒前
繁荣的安白完成签到 ,获得积分10
43秒前
清爽明辉完成签到,获得积分10
46秒前
ericlyz完成签到 ,获得积分10
50秒前
祁尒完成签到,获得积分10
51秒前
赟yun完成签到,获得积分0
53秒前
汉堡包应助小哈采纳,获得10
57秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
yyy完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
lsy完成签到,获得积分10
1分钟前
她的城完成签到,获得积分0
1分钟前
唯美完成签到,获得积分10
1分钟前
jygjhgy完成签到,获得积分10
1分钟前
dididi完成签到 ,获得积分10
1分钟前
小哈发布了新的文献求助10
1分钟前
迷路凌柏完成签到 ,获得积分10
1分钟前
风里等你完成签到,获得积分10
1分钟前
害怕的冰颜完成签到 ,获得积分10
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
2025-2031全球及中国金刚石触媒粉行业研究及十五五规划分析报告 6000
Real World Research, 5th Edition 680
Qualitative Data Analysis with NVivo By Jenine Beekhuyzen, Pat Bazeley · 2024 660
Superabsorbent Polymers 600
Handbook of Migration, International Relations and Security in Asia 555
A retrospective multi-center chart review study on the timely administration of systemic corticosteroids in children with moderate-to-severe asthma exacerbations 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5677061
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4969723
关于积分的说明 15159261
捐赠科研通 4836738
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2591264
邀请新用户注册赠送积分活动 1544746
关于科研通互助平台的介绍 1502751