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
1秒前
张宇鑫完成签到,获得积分10
2秒前
4秒前
舒适金鱼完成签到,获得积分10
5秒前
靛蓝喹啉完成签到 ,获得积分10
5秒前
英俊完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
耍酷天寿发布了新的文献求助10
8秒前
研友_VZG7GZ应助wmq采纳,获得10
9秒前
赘婿应助傻傻的雅寒采纳,获得10
10秒前
鲤鱼睿渊完成签到,获得积分10
10秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
11秒前
开心的茗茗完成签到 ,获得积分10
11秒前
李爱国应助1212采纳,获得10
12秒前
huang_xiaohuo完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
Akim应助溪水哗哗采纳,获得10
14秒前
14秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
15秒前
乔凌云完成签到 ,获得积分10
16秒前
Elijah完成签到,获得积分10
19秒前
无花果应助冰与火采纳,获得30
20秒前
迷人的贻发布了新的文献求助10
20秒前
21秒前
24秒前
24秒前
yy发布了新的文献求助10
24秒前
学习完成签到 ,获得积分10
25秒前
26秒前
浪子应助开心的茗茗采纳,获得10
27秒前
Hello应助开心的茗茗采纳,获得10
27秒前
Elijah发布了新的文献求助10
27秒前
大花花完成签到,获得积分10
28秒前
30秒前
wnan_07完成签到,获得积分10
33秒前
blenx完成签到,获得积分10
33秒前
zhangmeimei发布了新的文献求助10
33秒前
34秒前
35秒前
36秒前
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
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Ägyptische Geschichte der 21.–30. Dynastie 2500
Human Embryology and Developmental Biology 7th Edition 2000
The Developing Human: Clinically Oriented Embryology 12th Edition 2000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 2000
„Semitische Wissenschaften“? 1510
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 5742197
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5407018
关于积分的说明 15344388
捐赠科研通 4883635
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2625185
邀请新用户注册赠送积分活动 1574043
关于科研通互助平台的介绍 1530978