Intercepting Elusive Intermediates in Cu-Mediated CO Electrochemical Reduction with Alkyl Species

化学 烷基 亲核细胞 催化作用 反应中间体 反应性(心理学) 电化学 选择性 反应机理 反应中间体 吸附 光化学 反应速率 有机化学 物理化学 电极 病理 医学 替代医学
作者
Jing Li,Chunsong Li,Jiajie Hou,Wenqiang Gao,Xiaoxia Chang,Qi Lu,Bingjun Xu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (44): 20495-20506 被引量:19
标识
DOI:10.1021/jacs.2c09378
摘要

Understanding of the reaction network of Cu-catalyzed CO2/CO electroreduction reaction [CO(2)RR] remains incomplete despite intense research efforts. This is in part because the rate-determining step occurs early in the reaction network, leading to short lifetimes of subsequent surface-bound intermediates, the knowledge of which is key to selectivity control. In this work, we demonstrate that alkyl groups can effectively couple with surface intermediates in the Cu-catalyzed CORR and, for the first time, intercept elusive C1 and C2 intermediates. Combined reactivity data and in situ spectroscopic results demonstrated that surface-bound alkyl groups derived from the corresponding alkyl iodides are able to couple with adsorbed CO to form carboxylates and ketones via one and two successive nucleophilic attacks, respectively. Leveraging this new chemistry, CHx (x ≤ 3) and C2Hx (x ≤ 4) are intercepted and identified as precursors for methane and n-propanol in the CORR, respectively. Importantly, reaction pathways leading to methane and C2+ products are not intrinsically orthogonal, but their connection is mainly impeded by low coverages of energetic intermediates. This study shows that perturbing the reaction of interest by introducing a slightly interacting probe reaction network could be an effective and general strategy in mechanistic studies of catalytic reactions.

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