Bottom-up view of water network-mediated CO 2 reduction using cryogenic cluster ion spectroscopy and direct dynamics simulations

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 116, Issue 3, 2012, Pages 903-912

  Breen, Kristin J ^a   Deblase, Andrew F ^a   Guasco, Timothy L ^a   Voora, Vamsee K ^b   Jordan, Kenneth D ^b   Nagata, Takashi ^c   Johnson, Mark A ^a  

^a YALE UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF PITTSBURGH   (United States)

^c UNIVERSITY OF TOKYO   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB INITIO MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; CLUSTER IONS; DIRECT DYNAMICS; ELECTRON CAPTURE; ELECTRON TRANSFER KINETICS; EXPERIMENTAL OBSERVATION; GAS-PHASE CLUSTERS; HYDRATED ELECTRON; INTRA-CLUSTER; MARCUS THEORY; METASTABLE INTERMEDIATE; NETWORK DEFORMATION; PRODUCT CLUSTERS; RADICAL ANIONS; REACTING SYSTEM; SELECTIVE EXCITATIONS; SIX WATER MOLECULES; SOLVENT FLUCTUATIONS; TRANSITION STATE; WATER NETWORKS;

DYNAMICS; GAS HYDRATES; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULES; REACTION INTERMEDIATES; REACTION KINETICS; SOLVENTS;

CARBON DIOXIDE;

CARBON DIOXIDE; WATER;

ARTICLE; CHEMISTRY; KINETICS; MOLECULAR DYNAMICS; OXIDATION REDUCTION REACTION; SPECTROSCOPY;

CARBON DIOXIDE; KINETICS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; OXIDATION-REDUCTION; SPECTRUM ANALYSIS; WATER;

EID: 84863396577     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp209493v     Document Type: Article

References (79)

1. Headrick, J. M.; Diken, E. G.; Walters, R. S.; Hammer, N. I.; Christie, R. A.; Cui, J.; Myshakin, E. M.; Duncan, M. A.; Johnson, M. A.; Jordan, K. D. Science 2005, 308, 1765
2. Singh, N. J.; Park, M.; Min, S. K.; Suh, S. B.; Kim, K. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 3795
3. Jiang, J.-C.; Wang, Y.-S.; Chang, H.-C.; Lin, S. H.; Lee, Y. T.; Niedner-Schatteburg, G.; Chang, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 1398
4. Niedner-Schatteburg, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 1008
5. Hammer, N. I.; Shin, J.-W.; Headrick, J. M.; Diken, E. G.; Roscioli, J. R.; Weddle, G. H.; Johnson, M. A. Science 2004, 306, 675
6. McCunn, L. R.; Headrick, J.; Johnson, M. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 3118
7. Asmis, K. R.; Santambrogio, G.; Zhou, J.; Garand, E.; Headrick, J.; Goebbert, D.; Johnson, M. A.; Neumark, D. M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 191105
8. Coe, J. V.; Williams, S. M.; Bowen, K. H. Int. Rev. Phys. Chem. 2008, 27, 27
9. Coe, J. V.; Arnold, S. T.; Eaton, J. G.; Lee, G. H.; Bowen, K. H. J. Chem. Phys. 2006, 125.
10. Bragg, A. E.; Verlet, J. R. R.; Kammrath, A.; Cheshnovsky, O.; Neumark, D. M. Science 2004, 306, 669
11. Neumark, D. M. Mol. Phys. 2008, 106, 2183
12. Kammrath, A.; Verlet, J. R. R.; Griffin, G. B.; Neumark, D. M. J. Chem. Phys. 2006, 125, 076101
13. Guasco, T. L.; Elliott, B. M.; Johnson, M. A.; Ding, J.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2396
14. Roscioli, J. R.; Hammer, N. I.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 7517
15. Kamrath, M. Z.; Relph, R. A.; Johnson, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15508
16. Relph, R. A.; Guasco, T. L.; Elliott, B. M.; Kamrath, M. Z.; McCoy, A. B.; Steele, R. P.; Schofield, D. P.; Jordan, K. D.; Viggiano, A. A.; Ferguson, E. E.; Johnson, M. A. Science 2010, 327, 308
17. Elliott, B. M.; Relph, R. A.; Roscioli, J. R.; Bopp, J. C.; Gardenier, G. H.; Guasco, T. L.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys. 2008, 129, 094303
18. McCunn, L. R.; Gardenier, G. H.; Guasco, T. L.; Elliott, B. M.; Bopp, J. C.; Relph, R. A.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 234311
19. Relph, R. A.; Elliott, B. M.; Weddle, G. H.; Johnson, M. A.; Ding, J.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A. 2009, 113, 975
20. Choi, J. H.; Kuwata, K. T.; Haas, B. M.; Cao, Y. B.; Johnson, M. S.; Okumura, M. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7153
21. Roscioli, J. R.; Hammer, N. I.; Johnson, M. A.; Diri, K.; Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 2008, 128, 104314
22. Kim, K. S.; Park, I.; Lee, S.; Cho, K.; Lee, J. Y.; Kim, J.; Joannopoulos, J. D. Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 956
23. Kim, K. S.; Lee, S.; Kim, J.; Lee, J. Y. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 9329
24. Diken, E. G.; Weddle, G. H.; Headrick, J. M.; Weber, J. M.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 10116
25. Posey, L. A.; DeLuca, M. J.; Campagnola, P. J.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. 1989, 93, 1178
26. Hart, E. J.; Gordon, S.; Thomas, J. K. Radiat. Res. 1964, S, 74
27. Gordon, S.; Thomas, J. K.; Matheson, M. S.; Rabani, J.; Hart, E. J. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 1375
28. Elliott, B. M.; McCunn, L. R.; Johnson, M. A. Chem. Phys. Lett. 2008, 467, 32
29. Hammer, N. I.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A.; Myshakin, E. M.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 11526
30. Hammer, N. I.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 7896
31. Lee, G. H.; Arnold, S. T.; Eaton, J. G.; Bowen, K. H. Chem. Phys. Lett. 2000, 321, 333
32. Ma, L.; Majer, K.; Chirot, F.; von Issendorff, B. J. Chem. Phys. 2009, 131, 144303
33. Turi, L.; Sheu, W.-S.; Rossky, P. J. Science 2005, 309, 914
34. Choi, T. H.; Jordan, K. D. Chem. Phys. Lett. 2009, 475, 293
35. Choi, T.-H.; Jordan, K. D. Chem. Phys. Lett. 2008, 464, 139
36. Sommerfeld, T.; Jordan, K. D. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5828
37. Jordan, K. D. Science 2004, 306, 618
38. Donald, W. A.; Williams, E. R. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2010, 21, 615
39. Hammer, N. I.; Roscioli, J. R.; Bopp, J. C.; Headrick, J. M.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys. 2005, 123, 244311
40. Coe, J. V.; Lee, G. H.; Eaton, J. G.; Arnold, S. T.; Sarkas, H. W.; Bowen, K. H.; Ludewigt, C.; Haberland, H.; Worsnop, D. R. J. Chem. Phys. 1990, 92, 3980
41. Verlet, J. R. R.; Bragg, A. E.; Kammrath, A.; Cheshnovsky, O.; Neumark, D. M. Science 2005, 307, 93
42. Kim, J.; Becker, I.; Cheshnovsky, O.; Johnson, M. A. Chem. Phys. Lett. 1998, 297, 90
43. Arnold, S. T.; Morris, R. A.; Viggiano, A. A.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 2900
44. Compton, R. N.; Reinhardt, P. W.; Cooper, C. D. J. Chem. Phys. 1975, 63, 3821
45. Donald, W. A.; Demireva, M.; Leib, R. D.; Aiken, M. J.; Williams, E. R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4633
46. Rashin, A. A.; Namboodiri, K. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6003
47. Prell, J. S.; O'Brien, J. T.; Holm, A. I. S.; Leib, R. D.; Donald, W. A.; Williams, E. R. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12680
48. Leib, R. D.; Donald, W. A.; Bush, M. F.; O'Brien, J. T.; Williams, E. R. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2007, 18, 1217
49. Holm, A. I. S.; Donald, W. A.; Hvelplund, P.; Larsen, M. K.; Nielsen, S. B.; Williams, E. R. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 10721
50. Viggiano, A. A.; Arnold, S. T.; Morris, R. A. Int. Rev. Phys. Chem. 1998, 17, 147
51. Motegi, H.; Takayanagi, T.; Tsuneda, T.; Yagi, K.; Nakanishi, R.; Nagata, T. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 8939
52. Shin, J. W.; Hammer, N. I.; Headrick, J. M.; Johnson, M. A. Chem. Phys. Lett. 2004, 399, 349
53. Anderson, J. B.; Fenn, J. B. Phys. Fluids 1965, 8, 780
54. Arnold, S. T.; Morris, R. A.; Viggiano, A. A. J. Chem. Phys. 1995, 103, 9242
55. Ding, D.; Huang, J.; Compton, R. N.; Klots, C. E.; Haufler, R. E. Phys. Rev. Lett. 1994, 73, 1084
56. Surber, E.; Mabbs, R.; Habteyes, T.; Sanov, A. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 4452
57. Nakanishi, R.; Nagata, T. J. Chem. Phys. 2009, 130, 224309
58. Eppink, A. T. J. B.; Parker, D. H. Rev. Sci. Instrum. 1997, 68, 3477
59. Sanov, A.; Mabbs, R. Int. Rev. Phys. Chem. 2008, 27, 53
60. Gerardi, H. K.; Breen, K. J.; Guasco, T. L.; Weddle, G. H.; Gardenier, G. H.; Laaser, J. E.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 1592
61. Johnson, M. A.; Lineberger, W. C. Pulsed Methods for Cluster Ion Spectroscopy. In Techniques for the Study of Ion-Molecule Reactions; Farrar, J. M.; Saunders, W. H., Jr., Eds.; Wiley: New York, 1988; Vol. XX, pp 591.
62. Roscioli, J. R.; Diken, E. G.; Johnson, M. A.; Horvath, S.; McCoy, A. B. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 4943
63. Donald, W. A.; Leib, R. D.; O'Brien, J. T.; Holm, A. I. S.; Williams, E. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 18102
64. O'Brien, J. T.; Prell, J. S.; Holm, A. I. S.; Williams, E. R. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2008, 19, 772
65. Leib, R. D.; Donald, W. A.; Bush, M. F.; O'Brien, J. T.; Williams, E. R. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2007, 18, 1217
66. Shin, J.-W.; Hammer, N. I.; Johnson, M. A.; Schneider, H.; Gloss, A.; Weber, J. M. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 3146
67. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648
68. Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623
69. Suh, S. B.; Lee, H. M.; Kim, J.; Lee, J. Y.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5273
70. Wilson, E. B. J. Chem. Phys. 1935, 3, 276
71. Robertson, W. H.; Kelley, J. A.; Johnson, M. A. Rev. Sci. Instrum. 2000, 71, 4431
72. Vaden, T. D.; Weinheimer, C. J.; Lisy, J. M. J. Chem. Phys. 2004, 121, 3102
73. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, Revision B.01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
74. VandeVondele, J.; Krack, M.; Mohamed, F.; Parrinello, M.; Chassaing, T.; Hutter, J. Comput. Phys. Commun. 2005, 167, 103
75. Hartwigsen, C.; Goedecker, S.; Hutter, J. Phys Rev B 1998, 58, 3641
76. Goedecker, S.; Teter, M.; Hutter, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 1703
77. Frisch, M. J.; Pople, J. A.; Binkley, J. S. J. Chem. Phys. 1984, 80, 3265
78. Grimme, S. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1463
79. Martyna, G. J.; Tuckerman, M. E. J. Chem. Phys. 1999, 110, 2810