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Enregistrement W4224213620 · doi:10.1021/acs.inorgchem.2c00279

Deciphering Distinct Overpotential-Dependent Pathways for Electrochemical CO <sub>2</sub> Reduction Catalyzed by an Iron–Terpyridine Complex

2022· article· en· W4224213620 sur OpenAlexfundno aff
Matthias Loipersberger, Jeffrey S. Derrick, Christopher J. Chang, Martin Head‐Gordon

Notice bibliographique

RevueInorganic Chemistry · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEnergy
ThématiqueCO2 Reduction Techniques and Catalysts
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesBasic Energy SciencesOffice of ScienceLawrence Berkeley National LaboratoryCanadian Institute for Advanced ResearchChevronU.S. Department of Energy
Mots-clésOverpotentialChemistryElectron transferElectrochemistryElectrocatalystCatalysisElectrochemical potentialChemical physicsPhotochemistryPhysical chemistryElectrodeOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

[Fe(tpyPY2Me)] 2+ ([Fe] 2+ ) is a homogeneous electrocatalyst for converting CO 2 into CO featuring low overpotentials of <100 mV, near-unity selectivity, and high activity with turnover frequencies faster than 100 000 s –1 . To identify the origins of its exceptional performance and inform future catalyst design, we report a combined computational and experimental study that establishes two distinct mechanistic pathways for electrochemical CO 2 reduction catalyzed by [Fe] 2+ as a function of applied overpotential. Electrochemical data shows the formation of two catalytic regimes at low (η TOF/2 of 160 mV) and high (η TOF/2 of 590 mV) overpotential plateaus. We propose that at low overpotentials [Fe] 2+ undergoes a two-electron reduction, two-proton-transfer mechanism (electrochemical–electrochemical–chemical–chemical, EECC), where turnover occurs through the dicationic iron complex, [Fe] 2+ . Computational analysis supports the importance of the singlet ground-state electronic structure for CO 2 binding and that the rate-limiting step is the second protonation in this low-overpotential regime. When more negative potentials are applied, an additional electron-transfer event occurs through either a stepwise or proton-coupled electron-transfer (PCET) pathway, enabling catalytic turnover from the monocationic iron complex ([Fe] + ) via an electrochemical–chemical–electrochemical–chemical (ECEC) mechanism. Comparison of experimental kinetic data obtained from variable controlled potential electrolysis (CPE) experiments with direct product detection with calculated rates obtained from the energetic span model supports the PCET pathway as the most likely mechanism. Moreover, we build upon this mechanistic understanding to propose the design of an improved ligand framework that is predicted to stabilize the key transition states identified in our study and explore their electronic structures using an energy decomposition analysis. Taken together, this work highlights the value of synergistic computational/experimental approaches to decipher mechanisms of new electrocatalysts and direct the rational design of improved platforms

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,004

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,011
Tête enseignante GPT0,227
Écart entre enseignants0,216 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations17
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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