Quantum chemical characterization of the mechanism of an iron-based water oxidation catalyst

Chemical Science

Volumn 3, Issue 4, 2012, Pages 1293-1299

  Ertem, Mehmed Z ^a   Gagliardi, Laura ^a   Cramer, Christopher J ^a  

^a University of Minnesota   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYSTS; CHEMICAL BONDS; ELECTRON TRANSITIONS; FREE RADICAL REACTIONS; IRON; IRON COMPOUNDS; PROTONS; QUANTUM CHEMISTRY;

AROMATIC RADICALS; BOND FORMATION; CATALYST DESIGNS; CATALYTIC CYCLES; ELECTRON-TRANSFER STEP; IRON-BASED; LOW ENERGIES; MACROCYCLES; MULTI REFERENCE; NUCLEOPHILIC ATTACK; ONE-ELECTRON OXIDATION; PROTON-COUPLED ELECTRON TRANSFER; QUANTUM CHEMICAL; REACTIVE SPECIES; SECOND ORDER PERTURBATION THEORY; THEORETICAL MODELS; WATER DISPLACEMENT; WATER OXIDATION;

CATALYTIC OXIDATION;

EID: 84858021959     PISSN: 20416520     EISSN: 20416539     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c2sc01030e     Document Type: Article

References (107)

1. J. L. Dempsey A. J. Esswein D. R. Manke J. Rosenthal J. D. Soper D. G. Nocera Inorg. Chem. 2005 44 6879
2. V. Balzani A. Credi M. Venturi ChemSusChem 2008 1 26
3. R. Eisenberg H. B. Gray Inorg. Chem. 2008 47 1697
4. T. A. Betley Y. Surendranath M. V. Childress G. E. Alliger R. Fu C. C. Cummins D. G. Nocera Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 2008 363 1293
5. A. C. Benniston A. Harriman Mater. Today 2008 11 26
6. J. M. Saveant Chem. Rev. 2008 108 2348
7. F. Liu J. J. Concepcion J. W. Jurss T. Cardolaccia J. L. Templeton T. J. Meyer Inorg. Chem. 2008 47 1727
8. L. L. Tinker N. D. McDaniel S. Bernhard J. Mater. Chem. 2009 19 3328
9. S. Romain L. Vigara A. Llobet Acc. Chem. Res. 2009 42 1944
10. H. Dau C. Limberg T. Reier M. Risch S. Roggan P. Strasser ChemCatChem 2010 2 724
11. H. Yamazaki A. Shouji M. Kajita M. Yagi Coord. Chem. Rev. 2010 254 2483
12. M. H. V. Huynh T. J. Meyer Chem. Rev. 2007 107 5004
13. J. P. Collin J. P. Sauvage Inorg. Chem. 1986 25 135
14. R. A. Binstead C. W. Chronister J. Ni C. M. Hartshorn T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2000 122 8464
15. H. Yamada W. F. Siems T. Koike J. K. Hurst J. Am. Chem. Soc. 2004 126 9786
16. N. D. McDaniel F. J. Coughlin L. L. Tinker S. Bernhard J. Am. Chem. Soc. 2008 130 210
17. M. W. Kanan D. G. Nocera Science 2008 321 1072
18. J. J. Concepcion J. W. Jurss J. L. Templeton T. J. Meyer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 17632
19. J. Mola E. Mas-Marza X. Sala I. Romero M. Rodríguez C. Viñas T. Parella A. Llobet Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 5830
20. J. K. Hurst J. L. Cape A. E. Clark S. Das C. Qin Inorg. Chem. 2008 47 1753
21. J. J. Concepcion J. W. Jurss J. L. Templeton T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2008 130 16462
22. Y. V. Geletii B. Botar P. Kgerler D. A. Hillesheim D. G. Musaev C. L. Hill Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 3896
23. Z. Chen J. J. Concepcion J. W. Jurss T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2009 131 15580
24. F. Bozoglian S. Romain M. Z. Ertem T. K. Todorova C. Sens J. Mola M. Rodriguez I. Romero J. Benet-Buchholz X. Fontrodona C. J. Cramer L. Gagliardi A. Llobet J. Am. Chem. Soc. 2009 131 15176
25. L. Duan Y. Xu P. Zhang M. Wang L. Sun Inorg. Chem. 2010 49 209
26. J. F. Hull D. Balcells J. D. Blakemore C. D. Incarvito O. Eisenstein G. W. Brudvig R. H. Crabtree J. Am. Chem. Soc. 2009 131 8730
27. W. J. Youngblood S. -H. A. Lee Y. Kobayashi E. A. Hernandez-Pagan P. G. Hoertz T. A. Moore A. L. Moore D. Gust T. E. Mallouk J. Am. Chem. Soc. 2009 131 926
28. F. Jiao H. Frei Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 1841
29. J. D. Blakemore N. D. Schley D. Balcells J. F. Hull G. W. Olack C. D. Incarvito O. Eisenstein G. W. Brudvig R. H. Crabtree J. Am. Chem. Soc. 2010 132 16017
30. J. J. Concepcion J. W. Jurss M. R. Norris Z. Chen J. L. Templeton T. J. Meyer Inorg. Chem. 2010 49 1277
31. J. J. Concepcion M. -K. Tsai J. T. Muckerman T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2010 132 1545
32. X. Sala M. Z. Ertem L. Vigara T. K. Todorova W. Chen R. C. Rocha F. Aquilante C. J. Cramer L. Gagliardi A. Llobet Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 7745
33. F. Puntoriero G. La Ganga A. Sartorel M. Carraro G. Scorrano M. Bonchio S. Campagna Chem. Commun. 2010 46 4725
34. 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
35. D. J. Wasylenko C. Ganesamoorthy B. D. Koivisto C. P. Berlinguette Eur. J. Inorg. Chem. 2010 3135
36. Y. Chen W. -H. Fang J. Phys. Chem. A 2010 114 10334
37. Y. Xu L. Duan L. Tong B. Akermark L. Sun Chem. Commun. 2010 46 6506
38. F. M. Toma A. Sartorel M. Iurlo M. Carraro P. Parisse C. Maccato S. Rapino B. R. Gonzalez H. Amenitsch T. Da Ros L. Casalis A. Goldoni M. Marcaccio G. Scorrano G. Scoles F. Paolucci M. Prato M. Bonchio Nat. Chem. 2010 2 826
39. V. Artero M. Chavarot-Kerlidou M. Fontecave Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 7238
40. X. C. Li G. J. Chen S. Schinzel P. E. M. Siegbahn Dalton Trans. 2011 40 11296
41. L. P. Wang T. Van Voorhis J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 2200
42. W. C. Ellis N. D. McDaniel S. Bernhard T. J. Collins J. Am. Chem. Soc. 2010 132 10990
43. F. T. de Oliveira A. Chanda D. Banerjee X. Shan S. Mondal L. Que, Jr. E. L. Bominaar E. Munck T. J. Collins Science 2007 315 835
44. A. Chanda X. Shan M. Chakrabarti W. C. Ellis D. L. Popescu F. Tiago de Oliveira D. Wang L. Que T. J. Collins E. Münck E. L. Bominaar Inorg. Chem. 2008 47 3669
45. S. Kundu J. V. K. Thompson A. D. Ryabov T. J. Collins J. Am. Chem. Soc. 2011 133 18546
46. X. Yang M. H. Baik J. Am. Chem. Soc. 2006 128 7476
47. X. Yang M. H. Baik J. Am. Chem. Soc. 2008 130 16231
48. L. P. Wang Q. Wu T. Van Voorhis Inorg. Chem. 2010 49 4543
49. L. Vilella P. Vidossich D. Balcells A. Lledos Dalton Trans. 2011 40 11241
50. Y. Zhao D. G. Truhlar J. Chem. Phys. 2006 125 194101
51. Y. Zhao D. G. Truhlar Acc. Chem. Res. 2008 41 157
52. Y. Zhao D. G. Truhlar Theor. Chem. Acc. 2007 120 215
53. M. Dolg U. Wedig H. Stoll H. Preuss J. Chem. Phys. 1987 86 866
54. J. M. L. Martin A. Sundermann J. Chem. Phys. 2001 114 3408
55. W. J. Hehre, L. Radom, P.v. R. Schleyer and J. A. Pople, Ab Initio Molecular Orbital Theory, Wiley, New York, 1986
56. R. F. Ribeiro A. V. Marenich C. J. Cramer D. G. Truhlar J. Phys. Chem. B 2011 115 14556
57. C. J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models, John Wiley & Sons, Chichester, 2nd edn, 2004
58. A. V. Marenich C. J. Cramer D. G. Truhlar J. Phys. Chem. B 2009 113 6378
59. M. D. Tissandier K. A. Cowen W. Y. Feng E. Gundlach M. H. Cohen A. D. Earhart J. V. Coe T. R. Tuttle J. Phys. Chem. A 1998 102 7787
60. D. M. Camaioni C. A. Schwerdtfeger J. Phys. Chem. A 2005 109 10795
61. C. P. Kelly C. J. Cramer D. G. Truhlar J. Phys. Chem. B 2006 110 16066
62. V. S. Bryantsev M. S. Diallo W. A. Goddard J. Phys. Chem. B 2008 112 9709
63. A. Lewis J. A. Bumpus D. G. Truhlar C. J. Cramer J. Chem. Educ. 2004 81 596
64. P. Winget C. J. Cramer D. G. Truhlar Theor. Chem. Acc. 2004 112 217
65. T. Ziegler A. Rauk E. J. Baerends Theor. Chim. Acta 1977 43 261
66. L. Noodleman J. Chem. Phys. 1981 74 5737
67. C. J. Cramer D. G. Truhlar Phys. Chem. Chem. Phys. 2009 11 10757
68. K. Yamaguchi F. Jensen A. Dorigo K. N. Houk Chem. Phys. Lett. 1988 149 537
69. T. Soda Y. Kitagawa T. Onishi Y. Takano Y. Shigeta H. Nagao Y. Yoshioka K. Yamaguchi Chem. Phys. Lett. 2000 319 223
70. L. Noodleman C. Y. Peng D. A. Case J. -M. Mouesca Coord. Chem. Rev. 1995 144 199
71. I. Ciofini C. A. Daul Coord. Chem. Rev. 2003 238-239 187
72. J. N. Harvey Struct. Bonding 2004 112 151
73. F. Neese Coord. Chem. Rev. 2009 253 526
74. B. O. Roos P. R. Taylor P. E. M. Siegbahn Chem. Phys. 1980 48 157
75. K. Andersson P.-Å;. Malmqvist B. O. Roos J. Chem. Phys. 1992 96 1218
76. B. O. Roos R. Lindh P.-Å;. Malmqvist V. Veryazov P. -O. Widmark J. Phys. Chem. A 2004 108 2851
77. B. O. Roos R. Lindh P.-Å;. Malmqvist V. Veryazov P. -O. Widmark J. Phys. Chem. A 2005 109 6575
78. B. A. Hess Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1986 33 3742
79. F. Aquilante T. B. Pedersen R. Lindh J. Chem. Phys. 2007 126 194106
80. F. Aquilante P. -A. Malmqvist T. B. Pedersen A. Ghosh B. O. Roos J. Chem. Theory Comput. 2008 4 694
81. F. Aquilante T. B. Pedersen R. Lindh B. O. Roos A. S. de Meras H. Koch J. Chem. Phys. 2008 129 024113
82. F. Aquilante T. K. Todorova L. Gagliardi T. B. Pedersen B. Roos J. Chem. Phys. 2009 131 34113
83. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, Ö. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski and D. J. Fox, Gaussian 09, Revision A.02, Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2010
84. F. Aquilante L. De Vico N. Ferre G. Ghigo P. A. Malmqvist P. Neogrady T. B. Pedersen M. Pitonak M. Reiher B. O. Roos L. Serrano-Andres M. Urban V. Veryazov R. Lindh J. Comput. Chem. 2010 31 224
85. P. Winget E. J. Weber C. J. Cramer D. G. Truhlar Phys. Chem. Chem. Phys. 2000 2 1231
86. M. H. Baik R. A. Friesner J. Phys. Chem. A 2002 106 7407
87. M. Uudsemaa T. Tamm J. Phys. Chem. A 2003 107 9997
88. P. Jaque A. V. Marenich C. J. Cramer D. G. Truhlar J. Phys. Chem. C 2007 111 5783
89. Y. Shimodaira T. Miura A. Kudo H. Kobayashi J. Chem. Theory Comput. 2007 3 789
90. I. Chiorescu D. V. Deubel V. B. Arion B. K. Keppler J. Chem. Theory Comput. 2008 4 499
91. D. Schultz F. Biaso A. R. M. Shahi M. Geoffroy K. Rissanen L. Gagliardi C. J. Cramer J. R. Nitschke Chem.-Eur. J. 2008 14 7180
92. C. J. Cramer D. G. Truhlar Acc. Chem. Res. 2008 41 760
93. A. Galstyan E. W. Knapp J. Comput. Chem. 2009 30 203
94. M. Namazian C. Y. Lin M. L. Coote J. Chem. Theory Comput. 2010 6 2721
95. Y. Zhao D. G. Truhlar Rev. Mineral. Geochem. 2010 71 19
96. C. P. Kelly C. J. Cramer D. G. Truhlar J. Phys. Chem. A 2006 110 2493
97. J. M. Ho M. L. Coote Theor. Chem. Acc. 2009 125 3
98. K. S. Alongi G. C. Shields Annu. Rep. Comput. Chem. 2010 6 113
99. J. F. Berry E. Bill E. Bothe S. D. George B. Mienert F. Neese K. Wieghardt Science 2006 312 1937
100. J. F. Berry S. D. George F. Neese Phys. Chem. Chem. Phys. 2008 10 4361
101. N. Planas L. Vigara C. Cady P. Miró P. Huang L. Hammarström S. Styring N. Leidel H. Dau M. Haumann L. Gagliardi C. J. Cramer A. Llobet Inorg. Chem. 2011 50 11134
102. R. Bianco P. J. Hay J. T. Hynes J. Phys. Chem. A 2011 115 8003
103. S. Hong S. M. Huber L. Gagliardi C. J. Cramer W. B. Tolman J. Am. Chem. Soc. 2007 129 14190
104. C. J. Cramer J. R. Gour A. Kinal M. Wloch P. Piecuch A. R. Moughal Shahi L. Gagliardi J. Phys. Chem. A 2008 112 3754
105. S. M. Huber M. Z. Ertem F. Aquilante L. Gagliardi W. B. Tolman C. J. Cramer Chem.-Eur. J. 2009 15 4886
106. R. T. Skodje D. G. Truhlar J. Phys. Chem. 1981 85 624
107. N. D. Schley J. D. Blakemore N. K. Subbaiyan C. D. Incarvito F. D′Souza R. H. Crabtree G. W. Brudvig J. Am. Chem. Soc. 2011 133 10473