Fluorination of porphyrin β-periphery boosts nickel(II)-catalyzed hydrogen evolution reaction

化学 卟啉 反应性(心理学) 催化作用 四吡咯 光化学 羟基化 氢 镍 金属 药物化学 有机化学 医学 病理 酶 替代医学
作者
Haozong Xue,Zhuo‐Yan Wu,Jun‐Long Zhang
出处
期刊:Journal of Inorganic Biochemistry [Elsevier BV]
卷期号:254: 112516-112516
标识
DOI:10.1016/j.jinorgbio.2024.112516
摘要

Tunichlorin, the naturally occurring chlorophyll cofactor containing Ni(II) ion, sets up a golden standard for designing the electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) via β-peripheral modification. Besides the fine-tuning of the porphyrin β-periphery such as adjusting the aromatics (the saturated level of tetrapyrrole) or installing hydroxyl group (hydrogen bond network) to enhance the catalytic HER efficiency, here we report that β-fluorination of porphyrin is also an important approach to increase the reactivity of Ni(II) center. Benefiting the previously reported derivatization of β-fluorinated porpholactones, we constructed a β-fluorinated tunichlorin mimic (6). Compared with the non-fluorinated analogs (1, 3, and 5), we found that 2, 4, and 6 exhibit significant electrocatalytic HER reactivity acceleration (in terms of turnover frequencies, TOF, s−1) of ca. 37, 170, 133-fold, respectively. Mechanism studies suggested that β-fluorination negatively shifts the metal complexes' reduction potentials and accelerates the electron transfer process, both contributing to the boosting of HER reaction. Notably, 6 showed an 890-fold increase of TOFs than 1, demonstrating the combining advantages of the of fluorination, hydrogenation, and hydroxylation at porphyrin β-periphery.
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