通过CO2还原制备燃料是具有前景的能源存储技术,但是生成甲醇等能源密集液体燃料的方法仍然非常罕见,尤其是在低温低压反应条件和使用可再生电能的电化学反应。有鉴于此,北卡罗来纳大学教堂山分校Alexander James Minden Miller、美国布鲁克海文国家实验室(BNL) Mehmed Z. Ertem等报道电催化剂和有机金属热催化剂结合,得到的多催化剂匹配催化体系,能够在温和的温度和压力实现CO2合成甲醇。
这种电催化剂和热催化结合的体系通过电催化剂[Cp*Ir(bpy)Cl]+(其中Cp*=五甲基环戊二烯基,bpy=2,2′-联吡啶)将CO2还原为甲酸,通过HOTf催化剂Fischer酯化反应将甲酸转化为异丙基甲酯,通过(H-PNP)Ir(H)3催化剂(其中H-PNP=HN(C2H4PiPr)2)热催化转移氢化反应将异丙醇甲酯转化为甲醇。
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异丙醇溶剂起到多种作用:将甲酸生成异丙醇甲酯、通过转移氢化反应提供甲酸酯还原为甲醇的氢、通过氢键相互作用降低加氢催化反应的能垒。
这项工作除了开发一种室温还原酯分子的方法,而且展示了如何将电催化和金属有机热催化剂结合,为开发和设计多种催化剂串联的催化体系提供帮助。
参考文献
Sergio Fernández, Eric A. Assaf, Shahbaz Ahmad, Benjamin D. Travis, Julia B. Curley, Nilay Hazari, Mehmed Z. Ertem, Alexander James Minden Miller, Room‐Temperature Formate Ester Transfer Hydrogenation Enables an Electrochemical/Thermal Organometallic Cascade for Methanol Synthesis from CO2, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202416061
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202416061