Selective Four‐Electron Reduction of Oxygen by a Nonheme Heterobimetallic CuFe Complex

化学 选择性 催化作用 氧气 氧还原 配体(生物化学) 密度泛函理论 劈理(地质) 细胞色素 光化学 药物化学 立体化学 计算化学 有机化学 受体 电化学 电极 生物化学 物理化学 材料科学 复合材料 断裂(地质)
作者
Hongtao Zhang,Fei Xie,Yu‐Hua Guo,Yao Xiao,Ming‐Tian Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (48) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/anie.202310775
摘要

We report herein the first nonheme CuFe oxygen reduction catalyst ([CuII (bpbp)(μ-OAc)2 FeIII ]2+ , CuFe-OAc), which serves as a functional model of cytochrome c oxidase and can catalyze oxygen reduction to water with a turnover frequency of 2.4×103 s-1 and selectivity of 96.0 % in the presence of Et3 NH+ . This performance significantly outcompetes its homobimetallic analogues (2.7 s-1 of CuCu-OAc with %H2 O2 selectivity of 98.9 %, and inactive of FeFe-OAc) under the same conditions. Structure-activity relationship studies, in combination with density functional theory calculation, show that the CuFe center efficiently mediates O-O bond cleavage via a CuII (μ-η1 : η2 -O2 )FeIII peroxo intermediate in which the peroxo ligand possesses distinctive coordinating and electronic character. Our work sheds light on the nature of Cu/Fe heterobimetallic cooperation in oxygen reduction catalysis and demonstrates the potential of this synergistic effect in the design of nonheme oxygen reduction catalysts.
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