Electrocatalytic Interconversions of CO2 and Formate on a Versatile Iron-Thiolate Platform

格式化 化学 催化作用 无机化学 组合化学 有机化学
作者
Yongxian Li,Jiayi Chen,X. Peter Zhang,Zhiqiang Peng,Qinghai Miao,Wang Chen,Fang Xie,Rong‐Zhen Liao,Shengfa Ye,Chen‐Ho Tung,Wenguang Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (49): 26915-26924
标识
DOI:10.1021/jacs.3c09824
摘要

Exploring bidirectional CO2/HCO2- catalysis holds significant potential in constructing integrated (photo)electrochemical formate fuel cells for energy storage and applications. Herein, we report selective CO2/HCO2- electrochemical interconversion by exploiting the flexible coordination modes and rich redox properties of a versatile iron-thiolate platform, Cp*Fe(II)L (L = 1,2-Ph2PC6H4S-). Upon oxidation, this iron complex undergoes formate binding to generate a diferric formate complex, [(L-)2Fe(III)(μ-HCO2)Fe(III)]+, which exhibits remarkable electrocatalytic performance for the HCO2--to-CO2 transformation with a maximum turnover frequency (TOFmax) ∼103 s-1 and a Faraday efficiency (FE) ∼92(±4)%. Conversely, this iron system also allows for reduction at -1.85 V (vs Fc+/0) and exhibits an impressive FE ∼93 (±3)% for the CO2-to-HCO2- conversion. Mechanism studies revealed that the HCO2--to-CO2 electrocatalysis passes through dicationic [(L2)-•Fe(III)(μ-HCO2)Fe(III)]2+ generated by unconventional oxidation of the diferric formate species taking place at ligand L, while the CO2-to-HCO2- reduction involves a critical intermediate of [Fe(II)-H]- that was independently synthesized and structurally characterized.
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