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【JACS】还原效率高达50%，新型铁卟啉催化剂有效还原CO2 ​

总结 ​

研究展示了一种铁卟啉复合物（FeTEsC），通过电化学还原CO2生成甲醇（CH3OH），法拉第效率（FY）高达50%。该催化剂在弱酸性条件下生成甲酸（HCOOH），在更酸性条件下生成甲醇。

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摘要 ​

本研究探讨了铁卟啉复合物（FeTEsC）在电化学还原CO2生成甲醇（CH3OH）中的应用。FeTEsC在其形式上的Fe(0)状态下，通过6电子/6质子还原CO2，生成甲醇，法拉第效率（FY）约为50%。在弱酸性条件下，Fe(I)-COOH中间体的C-质子化生成甲酸，而在更酸性条件下，O-质子化导致C-OH键断裂，最终生成甲醇。通过原位光谱电化学和共振拉曼光谱电化学研究，揭示了低自旋d7 Fe(I)-COOH中间体在决定反应选择性中的关键作用。氢键作用稳定了反应中间体，使得CO2能够通过6电子/6质子还原生成甲醇。

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研究结果分类展示 ​

电化学性质 ​

  • 循环伏安法：FeTEsC在MeCN/THF（9:1）溶液中显示FeIII/II、FeII/I和FeI/0氧化还原过程，分别在-0.67、-1.58和-1.95 V vs Fc+/0。

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  • 控制电位电解：在-2.15 V vs Fc+/0下进行电解，生成HCOOH（50%）、CH3OH（24%）和HCHO（16%）。

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反应机制 ​

  • 中间体表征：通过原位FTIR和共振拉曼光谱电化学研究，确定了FeI-COOH中间体的存在。
  • 质子化路径：C-质子化生成HCOOH，O-质子化生成CH3OH。 image.png

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催化剂稳定性 ​

  • 催化剂稳定性：在电解过程中，FeTEsC催化剂保持稳定，无明显降解。

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这项研究展示了铁卟啉复合物在CO2电化学还原为甲醇中的巨大潜力，为未来的催化剂设计提供了新的思路和方法。详细信息可以在这里找到。

参考文献 ​

Saha, P.; Amanullah, S.; Barman, S.; Dey, A. Electrochemical Reduction of CO2 to CH3 OH Catalyzed by an Iron Porphyrinoid. J. Am. Chem. Soc. 2025, jacs.4c08922. https://doi.org/10.1021/jacs.4c08922.