La cooperatividad metal-ligando a través del acoplamiento de intercambio promueve la reducción de CO2 electroquímico...

Área de la Ciencia:

• La electrocatálisis
• Química de coordinación
• Química sustentable

Sus antecedentes:

• Los catalizadores electroquímicos de reducción de CO2 (CO2RR) a menudo dependen de la deslocalización electrónica para mejorar la eficiencia y la selectividad.
• Los catalizadores homogéneos ofrecen propiedades sintonizables, pero a menudo luchan por igualar el rendimiento de los sistemas heterogéneos o biológicos.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un complejo molecular de hierro que muestre cooperatividad metal-ligando para CO2RR homogéneo.
• Investigar el rendimiento catalítico y la estructura electrónica del sistema de hierro diseñado para la reducción de CO2.

Principales métodos:

• Síntesis de un ligando de pentapiridina no inocente redox (tpyPY2Me) y su complejo de hierro (Fe) [Fe (tpyPY2Me) ]2+.
• Caracterización electroquímica, incluida la voltametría cíclica, para evaluar los potenciales redox y la actividad catalítica.
• Análisis espectroscópicos (cristalografía de rayos X, Mössbauer, XAS, RMN) y computacionales (DFT) para elucidar la estructura electrónica.

Principales resultados:

• El complejo [Fe(tpyPY2Me) 2+ demostró potenciales redox significativamente desplazados debido al fuerte acoplamiento metal-ligando.
• Se consigue una alta selectividad (> 90%) para la CO2RR a CO con un bajo sobrepotencial y altas frecuencias de rotación (100 000 s-1).
• La catálisis en agua fue exitosa sin comprometer la selectividad o las tasas, no mostrando degradación durante 20 horas.

Conclusiones:

• La cooperatividad metal-ligando en el sistema Fe ((II) permite una reducción de CO2 eficiente y selectiva.
• Los hallazgos proporcionan una base para el diseño de nuevos electrocatalizadores mediante la sintonización de ligandos no inocentes redox.
• Este enfoque facilita la conversión de CO2 en medios acuosos, lo que hace avanzar la síntesis química sostenible.