Multisite Proton‐Coupled Electron Transfer Facilitates Oxidative Photocatalysis in a Molecular Zr‐Based Coordination Compound

M Mercedes Moreno‐Albarracín (Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Universidad de Granada and Unidad de Excelencia en Química (UEQ) Avda. Fuente Nueva s/n Granada 18071 Spain) A Alvaro M. Rodriguez‐Jimenez (Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Universidad de Granada and Unidad de Excelencia en Química (UEQ) Avda. Fuente Nueva s/n Granada 18071 Spain) O Omar Nuñez (Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Universidad de Granada and Unidad de Excelencia en Química (UEQ) Avda. Fuente Nueva s/n Granada 18071 Spain) P Pablo Garrido‐Barros (Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Universidad de Granada and Unidad de Excelencia en Química (UEQ) Avda. Fuente Nueva s/n Granada 18071 Spain)

Abstract

Abstract The development of mediators that harness visible light to drive proton‐coupled electron transfer (PCET) offers a promising pathway to achieving challenging redox transformations in a more sustainable manner and with enhanced thermochemical efficiency. However, designing photocatalytic systems based on earth‐abundant metals while gaining precise control over their excited‐state reactivity remains a significant challenge. Here, deprotonation of the hydroxy ligands in the Zr₃(O)(OH)₃ nodes of a photoactive coordination cage is shown to unlock the photocatalytic oxidation of strong O─H and C─H bonds (70–100 kcal mol⁻ 1 ). Mechanistic investigations reveal that this oxidative process proceeds via a multisite PCET pathway involving ground‐state, pre‐association followed by a static quenching mechanism. This contrasts with the dynamic quenching mechanism governing the reductive PCET previously reported for the same system. Collectively, these findings establish an unprecedented ambipolar PCET mechanism with a new class of photocatalytic mediators based on an earth abundant metal.

Article Details

Volume / Issue Vol. 64, Issue 38
Published September 15, 2025
ISSN 1433-7851
Publisher Wiley

Journal Info

Angewandte Chemie International Edition

Wiley

ISSN: 1433-7851 Physical Sciences

Authors (4)

M

Mercedes Moreno‐Albarracín

Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Universidad de Granada and Unidad de Excelencia en Química (UEQ) Avda. Fuente Nueva s/n Granada 18071 Spain

A

Alvaro M. Rodriguez‐Jimenez

Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Universidad de Granada and Unidad de Excelencia en Química (UEQ) Avda. Fuente Nueva s/n Granada 18071 Spain

O

Omar Nuñez

Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Universidad de Granada and Unidad de Excelencia en Química (UEQ) Avda. Fuente Nueva s/n Granada 18071 Spain

P

Pablo Garrido‐Barros

Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Universidad de Granada and Unidad de Excelencia en Química (UEQ) Avda. Fuente Nueva s/n Granada 18071 Spain