Catalysts made of earth-abundant elements (Co, Ni, Fe) for water splitting: Recent progress and future challenges

Energy and Environmental Science

Volumn 5, Issue 3, 2012, Pages 6012-6021

  Du, Pingwu ^a   Eisenberg, Richard ^a  

^a UNIVERSITY OF ROCHESTER   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYTIC MECHANISMS; ELECTROCATALYTIC; FUTURE APPLICATIONS; FUTURE CHALLENGES; HALF REACTIONS; PHOTO-CATALYTIC; RECENT PROGRESS; WATER OXIDATION; WATER REDUCTION; WATER SPLITTING;

COBALT; ENERGY CONVERSION;

CATALYSTS;

CATALYST; COBALT; IRON; NICKEL; OXIDATION; PHOTOCHEMISTRY;

EID: 84857603373     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c2ee03250c     Document Type: Review

References (115)

1. N. S. Lewis D. G. Nocera Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 15729 15735
2. Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change, IPCC Working Group III Fourth Assessment Report; Intergovernmental Panel on Climate Change: Geneva, 2007
3. Energy-Consumption "Consumption by fuel, 1965-2008", Statistical Review of World Energy 2009, British Petroleum
4. N. Armaroli V. Balzani Angew. Chem., Int. Ed. 2007 46 52 66
5. A. J. Esswein D. G. Nocera Chem. Rev. 2007 107 4022 4047
6. R. P. F. Gregory, Biochemistry of photosynthesis, Wiley-Interscience, New York, 1977
7. D. W. Lawlor, Photosynthesis, Springer-Verlag, New York, 2001
8. R. E. Blankenship, Molecular Mechanisms of Photosynthesis, Blackwell Science, Oxford, U.K., 2002
9. S. M. Danks, E. H. Evans, P. A. Whittaker, Photosynthetic Systems: Structure, Function, and Assmebly, John Wiley and Sons, New York, 1985
10. M. Calvin Science 1974 184 375 377
11. K. N. Ferreira T. M. Iverson K. Maghlaoui J. Barber S. Iwata Science 2004 303 1831 1838
12. M. Haumann P. Liebisch C. Müller M. Barra M. Grabolle H. Dau Science 2005 310 1021 1019
13. J. Barber Inorg. Chem. 2008 47 1700 1710
14. M. Grätzel Nature 2001 414 338 344
15. M. Grätzel Inorg. Chem. 2005 44 6841 6851
16. R. D. Britt, In Oxygenic Photosynthesis:The Light Reactions, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 1996
17. Z. Deng H.-W. Tseng R. Zong D. Wang R. Thummel Inorg. Chem. 2008 47 1835 1848
18. F. Liu J. J. Concepcion J. W. Jurss T. Cardolaccia J. L. Templeton T. J. Meyer Inorg. Chem. 2008 47 1727 1752
19. I. Romero M. Rodríguez C. Sens J. Mola M. R. Kollipara L. Francas E. Mas-Marza L. Escriche A. Llobet Inorg. Chem. 2008 47 1824 1834
20. R. Brimblecombe C. Dismukes G. F. Swiegersc L. Spiccia Dalton Trans. 2009 9374 9384
21. L. Duan L. Tong Y. Xu L. Sun Energy Environ. Sci. 2011 4 3296 3313
22. J. P. McEvoy G. W. Brudvig Chem. Rev. 2006 106 4455 4483
23. R. Tagore R. H. Crabtree G. W. Brudvig Inorg. Chem. 2008 47 1815 1823
24. G. C. Dismukes R. Brimblecombe G. A. N. Felton R. S. Pryadun J. E. Sheats L. Spiccia G. F. Swiegers Acc. Chem. Res. 2009 42 1935 1943
25. H. B. Gray Nature 2009 1 7
26. V. Artero M. Chavarot-Kerlidou M. Fontecave Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 7238 7266
27. Y. Lin G. Yuan S. Sheehan S. Zhou D. Wang Energy Environ. Sci. 2011 4 4862 4869
28. G. N. Schrauzer R. J. Holland J. Am. Chem. Soc. 1971 93 1505 1506
29. B. J. Fisher R. Eisenberg J. Am. Chem. Soc. 1980 102 7361 7363
30. X. Hu B. S. Brunschwig J. C. Peters J. Am. Chem. Soc. 2007 129 8988 8998
31. R. M. Kellett T. G. Spiro Inorg. Chem. 1985 24 2373 2377
32. C. V. Krishnan N. Sutin J. Am. Chem. Soc. 1981 103 2141 2142
33. J.-M. Lehn R. Ziessel Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1982 79 701 704
34. V. Houlding T. Geiger U. Kölle M. Grätzel Chem. Commun. 1982 681 683
35. U. Kölle S. Ohst Inorg. Chem. 1986 25 2689 2694
36. E. S. Wiedner J. Y. Yang W. G. Dougherty W. S. Kassel R. M. Bullock M. Rakowski DuBois D. L. DuBois Organometallics 2010 29 5390 5401
37. J. L. Dempsey B. S. Brunschwig J. R. Winkler H. B. Gray Acc. Chem. Res. 2009 42 1995 2004
38. J. I. Goldsmith W. R. Hudson M. S. Lowry T. H. Anderson S. Bernhard J. Am. Chem. Soc. 2005 127 7502 7510
39. J. Hawecker J. M. Lehn R. Ziessel Nouv J. Chim. 1983 7 271 277
40. P. Connolly J. H. Espenson Inorg. Chem. 1986 25 2684 2688
41. X. Hu B. M. Cossairt B. S. Brunschwig N. S. Lewis J. C. Peters Chem. Commun. 2005 4723 4725
42. M. Razavet V. Artero M. Fontecave Inorg. Chem. 2005 44 4786 4795
43. V.C. A. Baffert M. Fontecave Inorg. Chem. 2007 46 1817 1824
44. A. Fihri V. Artero M. Razavet C. Baffert W. Leibl M. Fontecave Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 564 567
45. P. Du K. Knowles R. Eisenberg J. Am. Chem. Soc. 2008 130 12576 12577
46. D. R. Anton R. H. O. Crabtree Organometallics 1983 2 855 859
47. X. Wang S. Goeb Z. Ji N. A. Pogulaichenko F. N. Castellano Inorg. Chem. 2011 50 705 707
48. T. Lazarides T. McCormick P. Du G. Luo B. Lindley R. Eisenberg J. Am. Chem. Soc. 2009 131 9192 9194
49. T. M. McCormick B. D. Calitree A. Orchard N. D. Kraut F. V. Bright M. R. Detty R. Eisenberg J. Am. Chem. Soc. 2010 132 15480 15483
50. P. Zhang M. Wang J. Dong X. Li F. Wang L. Wu L. Sun J. Phys. Chem. C 2010 114 15868 15874
51. W. R. McNamara Z. Han P. J. Alperin W. W. Brennessel P. L. Holland R. Eisenberg J. Am. Chem. Soc. 2011 133 15368 15371
52. B. D. Stubbert J. C. Peters H. B. Gray J. Am. Chem. Soc. 2011 133 18070 18073
53. A. Fihri V. Artero A. Pereira M. Fontecave Dalton Trans. 2008 5567 5569
54. P. Zhang M. Wang C. Li X. Li J. Dong L. Sun Chem. Commun. 2010 46 8806 8808
55. S. Jasimuddin T. Yamada K. Fukuju J. Otsuki K. Sakai Chem. Commun. 2010 46 8466 8468
56. F. Lakadamyali E. Reisner Chem. Commun. 2011 47 1695 1697
57. V. Y. Shafirovich V. V. Strelets Nouv. J. Chim. 1978 2 199 201
58. V. Y. Shafirovich N. K. Khannanov V. V. Strelets Nouv. J. Chim. 1980 4 81 84
59. G. L. Elizarova L. G. Matvienko N. V. Lozhkina V. N. Parmonand K. I. Zamaraev React. Kinet. Catal. Lett. 1981 16 191 194
60. B. S. Brunschwig M. H. Chou C. Creutz P. Ghosh N. Sutin J. Am. Chem. Soc. 1983 105 4832 4833
61. M. W. Kanan D. G. Nocera Science 2008 321 1072 1075
62. M. W. Kanan Y. Surendranath D. G. Nocera Chem. Soc. Rev. 2009 38 109 114
63. M. W. Kanan J. Yano Y. Surendranath M. Dinca V. K. Yachandra D. G. Nocera J. Am. Chem. Soc. 2010 132 13692 13701
64. D. A. Lutterman Y. Surendranath D. G. Nocera J. Am. Chem. Soc. 2009 131 3838 3839
65. Y. Surendranath M. Dinca D. G. Nocera J. Am. Chem. Soc. 2009 131 2615 2620
66. Y. Surendranath M. W. Kanan D. G. Nocera J. Am. Chem. Soc. 2010 132 16501 16509
67. M. D. Symes Y. Surendranath D. A. Lutterman D. G. Nocera J. Am. Chem. Soc. 2011 133 5174 5177
68. D. K. Zhong J. Sun H. Inumaru D. R. Gamelin J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6086 6087
69. D. K. Zhong D. R. Gamelin J. Am. Chem. Soc. 2010 132 4202 4207
70. D. K. Zhong S. Choi D. R. Gamelin J. Am. Chem. Soc. 2011 133 18370 18377
71. J. J. H. Pijpers M. T. Winkler Y. Surendranath T. Buonassisi D. G. Nocera Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011 108 10056 10061
72. S. Y. Reece J. A. Hamel K. Sung T. D. Jarvi A. J. Esswein J. J. H. Pijpers D. G. Nocera Science 2011 334 645 648
73. M. Risch V. Khare I. Zaharieva L. Gerencser P. Chernev H. Dau J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6936 6937
74. J. G. McAlpin Y. Surendranath M. Dinca T. A. Stich S. A. Stoian W. H. Casey D. G. Nocera R. D. Britt J. Am. Chem. Soc. 2010 132 6882 6883
75. J. B. Gerken J. G. McAlpin J. Y. C. Chen M. L. Rigsby W. H. Casey R. D. Britt S. S. Stahl J. Am. Chem. Soc. 2011 133 14431 14442
76. A. Harriman I. J. Pickering J. M. Thomas P. A. Christensen J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1988 84 2795 2806
77. F. Jiao H. Frei Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 1841 1844
78. Y. Liang Y. Li H. Wang J. Zhou J. Wang T. Regier H. Dai Nat. Mater. 2011 10 780 786
79. F. Jiao H. Frei Energy Environ. Sci. 2010 3 1018 1027
80. Q. Yin J. M. Tan C. Besson Y. V. Geletii D. G. Musaev A. E. Kuznetsov Z. Luo K. I. Hardcastle C. L. Hill Science 2010 328 342 345
81. Z. Huang Z. Luo Y. V. Geletii J. W. Vickers Q. Yin D. Wu Y. Hou Y. Ding J. Song D. G. Musaev C. L. Hill T. Lian J. Am. Chem. Soc. 2011 133
82. J. J. Stracke R. G. Finke J. Am. Chem. Soc. 2011 133 14872 14875
83. D. J. Wasylenko C. Ganesamoorthy J. Borau-Garcia C. P. Berlinguette Chem. Commun. 2011 47 4249 4251
84. J. C. Fontecilla-Camps A. Volbeda C. Cavazza Y. Nicolet Chem. Rev. 2007 107 4273 4303
85. A. Volbeda M. H. Charon C. Piras E. C. Hatchikian M. Frey J. C. Fontecilla-Camps Nature 1995 373 580 587
86. Y. Higuchi T. Yagi N. Yasuoka Structure 1997 5 1671 1680
87. Y. Higuchi H. Ogata K. Miki N. Yasuoka T. Yagi Structure 1999 7 549 556
88. Z. Li Y. Ohki K. Tatsumi J. Am. Chem. Soc. 2005 127 8950 8951
89. B. E. Barton C. M. Whaley T. B. Rauchfuss D. L. Gray J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6942 6943
90. C. Tard C. J. Pickett Chem. Rev. 2009 109 2245 2274
91. J.-P. Collin A. Jouaiti J.-P. Sauvage Inorg. Chem. 1988 27 1986 1990
92. A. D. Wilson R. H. Newell M. J. McNevin J. T. Muckerman M. R. DuBois D. L. DuBois J. Am. Chem. Soc. 2006 128 358 366
93. U. J. Kilgore J. A. S. Roberts D. H. Pool A. M. Appel M. P. Stewart M. R. DuBois W. G. Dougherty W. S. Kassel R. M. Bullock D. L. DuBois J. Am. Chem. Soc. 2011 133 5861 5872
94. M. R. Dubois D. L. Dubois Acc. Chem. Res. 2009 42 1974 1982
95. M. L. Helm M. P. Stewart R. M. Bullock M. R. DuBois D. L. DuBois Science 2011 333 863 866
96. A. L. Goff V. Artero B. Jousselme P. D. Tran N. Guillet R. Métayé A. Fihri S. Palacin M. Fontecave Science 2009 326 1384 1387
97. P. D. Tran A. L. Goff J. Heidkamp B. Jousselme N. Guillet S. Palacin H. Dau M. Fontecave V. Artero Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 1371 1374
98. M. P. McLaughlin T. M. McCormick R. Eisenberg P. L. Holland Chem. Commun. 2011 47 7989 7991
99. R. N. Singh J. P. Pandey B. L. N. K. Singh P. Chartier J. F. Koenig Electrochim. Acta 2000 45 1911 1919
100. M. Dinc Y. Surendranath D. G. Nocera Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 10337 10341
101. M. Risch K. Klingan J. Heidkamp D. Ehrenberg P. Chernev I. Zaharieva H. Dau Chem. Commun. 2011 47 11912 11914
102. I. Zaharieva M. M. Najafpour M. Wiechert M. Haumann Energy Environ. Sci. 2011 4 2400 2408
103. S. Shima O. Pilak S. Vogt M. Schick M. S. Stagni W. Meyer-Klaucke E. Warkentin R. K. Thauer U. Ermler Science 2008 321 572 575
104. J. W. Tye J. Lee H.-W. Wang R. Mejia-Rodriguez J. H. Reibenspies M. B. Hall M. Y. Darensbourg Inorg. Chem. 2005 44 5550 5552
105. L. Sun B. Åkermark S. Ott Coord. Chem. Rev. 2005 249 1653 1663
106. Y. Na M. Wang J. Pan P. Zhang B. Åkermark L. Sun Inorg. Chem. 2008 47 2805 2810
107. P. Zhang M. Wang Y. Na X. Li Y. Jiang L. Sun Dalton Trans. 2010 39 1204 1206
108. F. Gärtner B. Sundararaju A.-E. Surkus A. Boddien B. Loges H. Junge P. H. Dixneuf M. Beller Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 9962 9965
109. F. Gärtner A. Boddien E. Barsch K. Fumino S. Losse H. Junge D. Hollmann A. Brückner R. Ludwig M. Beller Chem.-Eur. J. 2011 17 6425 6436
110. A. D. Ryabov T. J. Collins Adv. Inorg. Chem. 2009 61 471 521
111. A. Ghosh F. Tiago de Oliveira T. Yano T. Nishioka E. S. Beach I. Kinoshita E. Münck A. D. Ryabov C. P. Horwitz T. J. Collins J. Am. Chem. Soc. 2005 127 2505 2513
112. F. Tiago de Oliveira A. Chanda D. Banerjee X. Shan S. Mondal L. Que, Jr. E. L. Bominaar E. Münck T. J. Collins Science 2007 315 835 838
113. A. Chanda X. Shan M. Chakrabarti W. C. Ellis D. Popescu F. Tiagode Oliveria D. Wang L. Que, Jr. T. J. Collins E. Münck E. L. Bominaar Inorg. Chem. 2008 47 3669 3678
114. J. L. Fillol Z. Codolà I. Garcia-Bosch L. Gómez J. J. Pla M. Costas Nat. Chem. 2011 3 807 813
115. S. Harayama M. Kok E. L. Neidle Annu. Rev. Microbiol. 1992 46 565 601