ChemSusChem：柔性亲水通道促进分子催化剂对CO2的电化学还原

全球企业的高速发展使得CO2在大气中的含量持续增加，而如何将CO2转化成化学物质和燃料，以便获得几近闭环的碳循环引起了全球科学家的关注。在目前已有的CO2还原方法中，电化学催化还原CO2因为能够在常温常压下进行，已然成为当下研究热点和重点。第一配位层和第二配位层对CO2电化学还原的作用已经得到了广泛的研究，然而，关于第三配位层的催化作用的研究很少报道。

有鉴于此，美国辛辛那提大学蒋建兵课题组在已有的工作基础上研究了聚乙二醇（PEG）链段作为第三配位层对锌卟啉电催化CO2还原的影响。处于第二配位层的8个质子化三唑单元在卟啉上形成栅栏状水化壳，促进羧酸中间体的分子内质子化。而研究者利用动力学同位素效应发现卟啉的催化限速步骤不是羧酸中间体的质子化步骤，而是质子的穿梭过程。第三配位层的柔性PEG链段的引入能够为质子的传输提供了通道，有利于加快内层羧酸中间体的质子化，将卟啉的催化活性提高30倍。这种多级配位层的设计不仅解耦了氢键/质子化和质子穿梭步骤，还能够独立地控制第二配位层和更高级的配位层的质子穿梭，而不影响第一配位层的环境。这项研究代表了在分子催化剂上的引入亲水通道提高CO2还原活性的第一个例子，并为一些质子耦合电子转移反应提供了新的见解。而多级配位层结构有助于设计更高效的CO2的卟啉基还原催化剂。

论文信息：

Enhanced Molecular CO2 Electroreduction Enabled by a Flexible Hydrophilic Channel for Relay Proton Shuttling

Caroline K. Williams; Amir Lashgari; Dr. Jingchao Chai; Prof. Jianbing “Jimmy” Jiang

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202001037

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