Franc Meyer, Vincent Artero, Carole Duboc, Christian Philouze, Lianke Wang, Hao Tang, Maylis Orio, Michael B. Hall, Marcello Gennari, Deborah Brazzolotto, Serhiy Demeshko, Nicolas Queyriaux, Département de Chimie Moléculaire (DCM), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Department of Chemistry, Texas A&M University, College Station, Texas 77843, USA., University of Texas, Institut für Anorganische Chemie (XXX), Georg-August-University = Georg-August-Universität Göttingen, Institut des Sciences Moléculaires de Marseille (ISM2), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-16-CE92-0012,NiFemim,Catalyseurs bio-inspirés de l'hydrogénase à [NiFe] pour la production d'hydrogène.(2016), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Département de Chimie Moléculaire - Chimie Inorganique Redox Biomimétique (DCM - CIRE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut de Chimie Moléculaire de Grenoble (ICMG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Institut für Anorganische Chemie, Georg-August-University [Göttingen], Institut für Anorganische Chemie, Georg-August Universität Göttingen, Georg-August-Universität Göttingen, Institut de Chimie Moléculaire de Grenoble (ICMG)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institute of Inorganic Chemistry, Biozentrum, University of Basel (Unibas), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
International audience; Despite the report of several structural and functional models of the [NiFe]-hydrogenases, it is still unclear how the succession of electron and proton transfers during H-2 production catalysis are controlled in terms of both sequence (order of the chemical or redox steps) and sites (metal and/or ligand). To address this issue, the structure of the previously described bioinspired [NiFe]-hydrogenase complex [(LNiFII)-Ni-N2S2-F-II Cp(CO)](+) ((LNiFeCp)-Fe-II-Cp-II, with L-N2S2 = 2,2'-(2,2'-bipyridine-6,6'-diy1)bis(1,1'-diphenylethanethiolate) and Cp = cyclopentadienyl) has been fine-tuned by modifying exclusively the Fe site. In [(LNiFeCp)-Ni-N2S2-Fe-II-Cp-II* (CO)](+) ((LNiFeCp)-Fe-II-Cp-II*, with Cp* = pentamethylcyclopentadienyl), the Cp- ligand has been replaced by Cp*- to change both the redox and structural properties of the overall complex as a consequence of the steric hindrance of Cp*-. The (LNiFeCp)-Fe-II-Cp-II* complex acts as an efficient electrocatalyst to produce H-2. Density functional theory (DFT) calculations support a CEEC cycle, following an initial reduction. The initial protonation leads to the cleavage of one thiolate-iron bond and the next reduction to the generation of a bridging Fe-based hydride moiety. Interestingly, the second protonation step generates a species containing a terminal Ni-based thiol and a bridging hydride. In the presence of CO, the electrocatalytic activity of (LNiFeCp)-Fe-II-Cp-II* for H-2 production is markedly inhibited (about 90% of loss), while only a partial inhibition (about 30% of loss) is observed in the case of (LNIFeCp)-I-II-Cp-II. DFT calculations rationalized this effect by predicting that interactions of the one- and two-electron-reduced species for (LNiFeCp)-Fe-II-Cp-II* with CO are thermodynamically more favorable in comparison to those for (LNiFeCp)-Fe-II-Cp-II.