Are DFT methods accurate in mononuclear ruthenium-catalyzed water oxidation? An ab initio assessment

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 9, Issue 4, 2013, Pages 1872-1879

  Kang, Runhua ^a   Yao, Jiannian ^a   Chen, Hui ^a  

^a INSTITUTE OF CHEMISTRY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84875985318     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct400004j     Document Type: Article

References (102)

1. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 15729-15735
2. Cook, T. R.; Dogutan, D. K.; Reece, S. Y.; Surendranath, Y.; Teets, T. S.; Nocera, D. G. Chem. Rev. 2010, 110, 6474-6502
3. Balzani, V.; Credi, A.; Venturi, M. ChemSusChem 2008, 1, 26-58
4. Armaroli, N.; Balzani, V. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 52-66
5. Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1890-1898
6. Umena, Y.; Kawakami, K.; Shen, J.-R.; Kamiya, N. Nature 2011, 473, 55-60
7. McEvoy, J. P.; Brudvig, G. W. Chem. Rev. 2006, 106, 4455-4483
8. Lubitz, W.; Reijerse, E. J.; Messinger, J. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 15-31
9. Sun, L. C.; Hammarström, L.; Åkermark, B.; Styring, S. Chem. Soc. Rev. 2001, 30, 36-49
10. Lv, H. J.; Geletii, Y. V.; Zhao, C. C.; Vickers, J. W.; Zhu, G. B.; Luo, Z.; Song, J.; Lian, T. Q.; Musaev, D. G.; Hill, C. L. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7572-7589
11. Rüttinger, W.; Dismukes, G. C. Chem. Rev. 1997, 97, 1-24
12. Yagi, M.; Kaneko, M. Chem. Rev. 2001, 101, 21-35
13. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Brennaman, M. K.; Hoertz, P. G.; Patrocinio, A. O. T.; Iha, N. Y. M.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1954-1965
14. Gagliardi, C. J.; Vannucci, A. K.; Concepcion, J. J.; Chen, Z.; Meyer, T. J. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7704-7717
15. Yamazaki, H.; Shouji, A.; Kajita, M.; Yagi, M. Coord. Chem. Rev. 2010, 254, 2483-2491
16. Dau, H.; Limberg, C.; Reier, T.; Risch, M.; Roggan, S.; Strasser, P. ChemCatChem 2010, 2, 724-761
17. Liu, X.; Wang, F. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1115-1136
18. Limburg, B.; Bouwman, E.; Bonnet, S. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1451-1467
19. Cao, R.; Lai, W. Z.; Du, P. W. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8134-8157
20. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9740-9747
21. Wasylenko, D. J.; Palmer, R. D.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2013, 49, 218-227
22. Polyansky, D. E.; Muckerman, J. T.; Rochford, J.; Zong, R. F.; Thummel, R. P.; Fujita, E. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14649-14665
23. Concepcion, J. J.; Tsai, M. K.; Muckerman, J. T.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1545-1557
24. Chen, Z. F.; Concepcion, J. J.; Hu, X. Q.; Yang, W. T.; Hoertz, P. G.; Meyer, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 7225-7229
25. Wang, L.-P.; Wu, Q.; Voorhis, T. V. Inorg. Chem. 2010, 49, 4543-4553
26. Tong, L. P.; Wang, Y.; Duan, L. L.; Xu, Y. H.; Cheng, X.; Fischer, A.; Ahlquist, M. S. G.; Sun, L. C. Inorg. Chem. 2012, 51, 3388-3398
27. Duan, L. L.; Bozoglian, F.; Mandal, S.; Stewart, B.; Privalov, T.; Llobet, A.; Sun, L. C. Nat. Chem 2012, 4, 418-423
28. Vigara, L.; Ertem, M. Z.; Planas, N.; Bozoglian, F.; Leidel, N.; Dau, H.; Haumann, M.; Gagliardi, L.; Cramer, C. J.; Llobet, A. Chem. Sci 2012, 3, 2576-2586
29. Kimoto, A.; Yamauchi, K.; Yoshida, M.; Masaoka, S.; Sakai, K. Chem. Commun. 2012, 48, 239-241
30. Tong, L. P.; Duan, L. L.; Xu, Y. H.; Privalov, T.; Sun, L. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 445-449
31. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16462-16463
32. Yamazaki, H.; Hakamata, T.; Komi, M.; Yagi, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8846-8849
33. Boyer, J. L.; Polyansky, D. E.; Szalda, D. J.; Zong, R. F.; Thummel, R. P.; Fujita, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 12600-12604
34. Wang, L.; Duan, L. L.; Stewart, B.; Pu, M. P.; Liu, J. H.; Privalov, T.; Sun, L. C. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18868-18880
35. Kohl, S. W.; Weiner, L.; Schwartsburd, L.; Konstantinovski, L.; Shimon, L. J. W.; Ben-David, Y.; Iron, M. A.; Milstein, D. Science 2009, 324, 74-77
36. Yoshida, M.; Masaoka, S.; Abe, J.; Sakai, K. Chem. Asian J. 2010, 5, 2369-2378
37. Tseng, H.-W.; Zong, R. F.; Muckerman, J. T.; Thummel, R. P. Inorg. Chem. 2012, 47, 11763-11773
38. Tsai, M.-K.; Rochford, J.; Polyansky, D. E.; Wada, T.; Tanaka, K.; Fujita, E.; Muckerman, J. T. Inorg. Chem. 2009, 48, 4372-4383
39. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Koivisto, B. D.; Henderson, M. A.; Berlinguette, C. P. Inorg. Chem. 2010, 49, 2202-2209
40. Radaram, B.; Ivie, J. A.; Singh, W. M.; Grudzien, R. M.; Reibenspies, J. H.; Webster, C. E.; Zhao, X. Inorg. Chem. 2011, 50, 10564-10571
41. Murakami, M.; Hong, D. C.; Suenobu, T.; Yamaguchi, S.; Ogura, T.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11605-11613
42. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Henderson, M. A.; Koivisto, B. D.; Osthoff, H. D.; Berlinguette, C. P. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16094-16106
43. Lin, X. S.; Hu, X. Q.; Concepcion, J. J.; Chen, Z. F.; Liu, S. B.; Meyer, T. J.; Yang, W. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109, 15669-15672
44. Lai, W. Z.; Cao, R.; Dong, G.; Shaik, S.; Yao, J. N.; Chen, H. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2315-2319
45. Privalov, T.; Kermark, B.; Sun, L. C. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 8313-8317
46. Chen, Y.; Fang, W. H. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 10334-10338
47. Yang, X. Z.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 120-130
48. Nyhlén, J.; Duan, L. L.; Åkermark, B.; Sun, L. C.; Privalov, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 1773-1777
49. Vallés-Pardo, J. L.; Guijt, M. C.; Iannuzzi, M.; Joya, K. S.; de Groot, H. J. M.; Buda, F. ChemPhysChem 2012, 13, 140-146
50. Sala, X.; Ertem, M. Z.; Vigara, L.; Todorova, T. K.; Chen, W. Z.; Rocha, R. C.; Aquilante, F.; Cramer, C. J.; Gagliardi, L.; Llobet, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 7745-7747
51. Hughes, T. F.; Friesner, R. A. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 9280-9289
52. Niu, S. Q.; Hall, M. B. Chem. Rev. 2000, 100, 353-405
53. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Chem. Rev. 2000, 100, 421-437
54. Torrent, M.; Solà, M.; Frenking, G. Chem. Rev. 2000, 100, 439-493
55. Noodleman, L.; Lovell, T.; Han, W.-G.; Li, J.; Himo, F. Chem. Rev. 2004, 104, 459-508
56. Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 10757-10816
57. Balcells, D.; Clot, E.; Eisenstein, O. Chem. Rev. 2010, 110, 749-823
58. Shaik, S.; Cohen, S.; Wang, Y.; Chen, H.; Kumar, D.; Thiel, W. Chem. Rev. 2010, 110, 949-1017
59. Chen, H.; Lai, W. Z.; Shaik, S. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 1727-1742
60. Harvey, J. N. J. Biol. Inorg. Chem. 2011, 16, 831-839
61. Knowles, P. J.; Hampel, C.; Werner, H.-J. J. Chem. Phys. 1993, 99, 5219-5227
62. Watts, J. D.; Gauss, J.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1993, 98, 8718-8733
63. Knizia, G.; Adler, T. B.; Werner, H.-J. J. Chem. Phys. 2009, 130, 054104
64. Romain, S.; Vigara, L.; Llobet, A. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1944-1953
65. Meyer, T. J.; Huynh, M. H. V.; Thorp, H. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 5284-5304
66. Bell, R. P. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1936, 154, 414-421
67. Evans, M. G.; Polanyi, M. Trans. Faraday Soc. 1938, 34, 11-24
68. Peterson, K. A.; Figgen, D.; Dolg, M.; Stoll, H. J. Chem. Phys. 2007, 126, 124101
69. Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1007-1023
70. Lee, T. J.; Taylor, P. R. Int. J. Quantum Chem. 1989, 23, 199-207
71. 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, O.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, revision C.01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
72. Werner, H.-J.; Knowles, P. J.; Lindh, R.; Manby, F. R.; Schütz, M.; Celani, P.; Korona, T.; Mitrushenkov, A.; Rauhut, G.; Adler, T. B.; Amos, R. D.; Bernhardsson, A.; Berning, A.; Cooper, D. L.; Deegan, M. J. O.; Dobbyn, A. J.; Eckert, F.; Goll, E.; Hampel, C.; Hetzer, G.; Hrenar, T.; Knizia, G.; Köppl, C.; Liu, Y.; Lloyd, A. W.; Mata, R. A.; May, A. J.; McNicholas, S. J.; Meyer, W.; Mura, M. E.; Nicklass, A.; Palmieri, P.; Pflüger, K.; Pitzer, R.; Reiher, M.; Schumann, U.; Stoll, H.; Stone, A. J.; Tarroni, R.; Thorsteinsson, T.; Wang, M.; Wolf, A. MOLPRO, version 2010.1, a package of ab initio programs. See http://www.molpro.net.
73. Kang, R. H.; Chen, H.; Shaik, S.; Yao, J. N. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 4002-4011
74. Kang, R. H.; Lai, W. Z.; Yao, J. N.; Shaik, S.; Chen, H. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 3119-3127
75. Lai, W. Z.; Yao, J. N.; Shaik, S.; Chen, H. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 2991-2996
76. Chen, K. J.; Zhang, G. L.; Chen, H.; Yao, J. N.; Danovich, D.; Shaik, S. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 1641-1645
77. Chen, H.; Lai, W. Z.; Yao, J. N.; Shaik, S. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 3049-3053
78. Chen, H.; Cho, K.-B.; Lai, W. Z.; Nam, W.; Shaik, S. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 915-926
79. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
80. Ernzerhof, M.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5029-5036
81. Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1999, 110, 6158-6170
82. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194101
83. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 215-241
84. Tao, J.; Perdew, J. P.; Staroverov, V. N.; Scuseria, G. E. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 146401
85. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
86. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
87. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652
88. Yanai, T.; Tew, D.; Handy, N. Chem. Phys. Lett. 2004, 393, 51-57
89. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
90. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822-8824
91. Karton, A.; Tarnopolsky, A.; Lamère, J.-F.; Schatz, G. C.; Martin, J. M. L. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12868-12886
92. Grimme, S. J. Chem. Phys. 2006, 124, 034108
93. Handy, N. C.; Cohen, A. J. Mol. Phys. 2001, 99, 403-412
94. Chai, J.-D.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2008, 128, 084106
95. Boese, A. D.; Martin, J. M. L. J. Chem. Phys. 2004, 121, 3405-3416
96. Chen, H.; Lai, W. Z.; Shaik, S. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 1533-1540
97. Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 299-310
98. Yamaguchi, K.; Jensen, F.; Dorigo, A.; Houk, K. N. Chem. Phys. Lett. 1988, 149, 537-542
99. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Henderson, M. A.; Berlinguette, C. P. Inorg. Chem. 2011, 50, 3662-3672
100. Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. J. Chem. Phys. 2010, 132, 154104
101. Goerigk, L.; Grimme, S. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 291-309
102. Chai, J.-D.; Head-Gordon, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 6615-6620.