Electrifying Hydroformylation Catalysts Exposes Voltage-Driven C–C Bond Formation

化学 氢甲酰化 催化作用 电化学 反应性(心理学) 一氧化碳 法拉第效率 电极 光化学 有机化学 物理化学 医学 替代医学 病理
作者
Joy S. Zeng,Emma L. Cosner,Spencer P. Delgado-Kukuczka,Chenyu Jiang,Jason S. Adams,Yuriy Román‐Leshkov,Karthish Manthiram
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (24): 16521-16530 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02992
摘要

Electrochemical reactions can access a significant range of driving forces under operationally mild conditions and are thus envisioned to play a key role in decarbonizing chemical manufacturing. However, many reactions with well-established thermochemical precedents remain difficult to achieve electrochemically. For example, hydroformylation (thermo-HFN) is an industrially important reaction that couples olefins and carbon monoxide (CO) to make aldehydes. However, the electrochemical analogue of hydroformylation (electro-HFN), which uses protons and electrons instead of hydrogen gas, represents a complex C–C bond-forming reaction that is difficult to achieve at heterogeneous electrocatalysts. In this work, we import Rh-based thermo-HFN catalysts onto electrode surfaces to unlock electro-HFN reactivity. At mild conditions of room temperature and 5 bar CO, we achieve Faradaic efficiencies of up to 15% and turnover frequencies of up to 0.7 h–1. This electro-HFN rate is an order of magnitude greater than the corresponding thermo-HFN rate at the same catalyst, temperature, and pressure. Reaction kinetics and operando X-ray absorption spectroscopy provide evidence for an electro-HFN mechanism that involves distinct elementary steps relative to thermo-HFN. This work demonstrates a step-by-step experimental strategy for electrifying a well-studied thermochemical reaction to unveil a new electrocatalyst for a complex and underexplored electrochemical reaction.
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