分子鉄触媒における外部配位球相互作用が一酸化炭素からの選択的メタン生成を可能にする

二酸化炭素（COおよびCO2）の酸化物を固定された炭素形態に還元することは、持続可能でクリーンなエネルギーを実現するために望ましい。一酸化炭素（CO）は、CO2還元における中間生成物であり、還元が困難であり、これはCH3OHやCH4のような生成物へのCO2の直接還元を脅かす。鉄ポルフィリンは、2e–/2H+によってCO2をCOに効率的に還元できるが、さらなる還元は還元された鉄中心からのCOの迅速な解離によって停止する。本研究は、鉄ポルフィリン錯体の第二配位球にペンディングピリジンを含めることで、COが水またはフェノールをプロトン源として使用して効率的かつ選択的にCH4に還元できることを示す。理論計算によって支持されたその場分光電気化学は、ペンディングピリジン部分が結合したCOと水との間に水素結合相互作用を課し、鉄ポルフィリンの二つの低価のCO付加体、すなわちFe(I)–COおよびFe(0)–COを安定化させ、それによってFe(II)–CHO種を介してCH4への完全還元を可能にすることを示している。単核鉄ポルフィリンにおける第二球水素結合相互作用によるCOの活性化および還元能力は、COおよびCO2を価値のあるC1生成物に変換する新しい経路を開きます。