Hydrogen evolution in [NiFe] hydrogenases and related biomimetic systems: similarities and differences

文献情報

出版日 2016-08-10
DOI 10.1039/C6CP03672D
インパクトファクター 3.676
著者

Ranjita Das, Frank Neese, Maurice van Gastel


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要旨

In this work, a detailed quantum chemical study of the mechanism of [Ni(bdt)(dppf)] (NiIIL) catalyzed hydrogen formation [A. Gan, T. L. Groy, P. Tarakeshwar, S. K. S. Mazinani, J. Shearer, V. Mujica and A. K. Jones, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 1109–1115] following an electro-chemical-electro-chemical (ECEC) pathway is reported. The complex exclusively catalyzes the reduction of protons to molecular hydrogen. The calculations suggest that the first one-electron reduction of the [NiIIL] catalyst is the rate limiting step of the catalytic cycle and hence, the buildup of detectable reaction intermediates is not expected. The catalytic activity of the [NiIIL] complex is facilitated by the flexibility of the ligand system, which allows the ligand framework to adapt to changes in the Ni oxidation state over the course of the reaction. Additionally, a comparison is made with the catalytic activity of [NiFe] hydrogenase. It is argued that the directionality of the reversible hydrogen formation reaction is controlled by the ligand field of the nickel ion and the possibility for side-on (η2) binding of H2: if the ligand framework does not allow for η2 binding of H2, as is the case for [NiIIL], the catalyst irreversibly reduces protons. If the ligand field allows η2 binding of H2, the catalyst can in principle work reversibly. The conditions for η2 binding are discussed.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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