二氧化碳是廣為人知的溫室氣體，卻也是一種廉價、豐富的 C1 組成部分。將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)產(chǎn)品是應(yīng)對全球氣候挑戰(zhàn)的一種有利解決方案。
使用電力來推動 CO2 的轉(zhuǎn)化是一個很直觀的策略，但它需要開發(fā)高效且具有選擇性的催化劑，才能促進(jìn) CO2 的還原反應(yīng) (CO2RR)。另一方面，多相催化體系中，因為水的無毒性和可以用作質(zhì)子源等優(yōu)勢，也使得在水相能進(jìn)行的 CO2RR 顯得特別重要。在過去，基于碳酸氫鹽的電解質(zhì)普遍在水相電化學(xué) CO2 還原的研究中，它們表現(xiàn)出相對于其他緩沖液更好的催化性能。不過，相比之下，有機電解質(zhì)中碳酸氫鹽的存在及其在均相電催化中的作用卻仍未得到充分探索。所以，最近Christopher J. Chang教授和Eva M. Nichols教授在J. Am. Chem. Soc.上發(fā)表了在一種通過鐵卟啉絡(luò)合物的第二配位殼層導(dǎo)入碳酸氫鹽的方式，促進(jìn)增強電化學(xué) CO2 還原反應(yīng)。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
該研究探索了碳酸氫鹽對鐵卟啉催化的電化學(xué) CO2還原的影響，并從中表明了碳酸氫鹽是有機電解質(zhì)中可行的質(zhì)子供體（二甲亞砜中的 pKa = 20.8）。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
此外，他們利用第二配位殼層中的尿素側(cè)鏈，將其用于在分子鐵卟啉催化劑的附近，進(jìn)而作為碳酸氫鹽的模板。此時碳酸氫鹽的模板化結(jié)合可以增加其酸度，促進(jìn)催化速率的提升。且相對于未修飾的母體鐵卟啉來看，效果足足提高了 1500 倍。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
所以，這項工作強調(diào)了碳酸氫鹽形態(tài)在有機電解質(zhì)中的重要性，并建立了第二配位殼層碳酸氫鹽模板，作為利用這種外來酸和增強 CO2 還原催化的設(shè)計策略。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
參考文獻(xiàn)：Templating Bicarbonate in the Second Coordination Sphere Enhances Electrochemical CO2 Reduction Catalyzed by Iron Porphyrins
J. Am. Chem. Soc. 2022, jacs.2c02972
原文作者：Jeffrey S. Derrick, Matthias Loipersberger, Sepand K. Nistanaki, Aila V. Rothweiler, Martin Head-Gordon, Eva M. Nichols,* and Christopher J. Chang*
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.2c02972
