Iron Carbonyl Clusters as Proton Reduction Catalysts

Sammanfattning: En utveckling av den s. k. väte-ekonomin, där vätgas (H2) används som energibärare, skulle – rent teoretiskt – kunna lösa människans energiproblem då vatten skulle kunna användas som bränsle. För att nå detta mål krävs dock väsentlig teknologisk och vetenskaplig utveckling. Ur ett rent vetenskapligt perspektiv, måste bl a (energisnåla) kemiska metoder att skapa stora mängder vätgas utvecklas. Många forskare söker att efterhärma de fundamentala biologiska reaktioner som sker i fotosyntesen, bl a oxidation av vatten till syrgas, protoner (vätejoner, H+) och elektroner. Det är lika viktigt att kunna omvandla protoner och elektroner till vätgas på ett effektivt sätt, och intensivt forskningsarbete bedrivs för närvarande inom detta område. Denna forskning har hittills fokuserat på att efterhärma de aktiva säten (bestående av järn-nickel eller järnkluster) i vissa enzymer – hydrogenaser – som kan katalysera jämvikten 2 H+ + 2 e-  H2 (i båda riktningar). Denna forskning har lett till en djupare förståelse av de fundamentala kemiska principerna för hydrogenasreaktionerna, men har inte lett till goda katalysatorer. I denna avhandling beskrivs framställandet av ett antal järnkomplex som innehåller två, tre eller fyra järnatomer, och som besitter liknande kemiska egenskaper som hydrogenas-enzymer. Likt vissa sådana enzymer, kan komplexen katalysera elektrokemisk reduktion av protoner som skapar vätgas, d v s driva ovanstående jämvikt åt höger. Med hjälp av elektrokemiska metoder, spektroskopiska studier och datorberäkningar har mekanismen för protonreduktion studerats och för ett flertal katalysatorer har det mest sannolika första steget i reaktionen kunnat fastställas, nämligen om komplexet först binder en proton eller erhåller en elektron (reduceras).