What factors control O2 binding and release thermodynamics in mononuclear ruthenium water oxidation catalysts? A theoretical exploration

Inorganic Chemistry

Volumn 52, Issue 9, 2013, Pages 5088-5096

  Zhang, Guiling ^a   Chen, Kejuan ^a,b   Chen, Hui ^b   Yao, Jiannian ^b   Shaik, Sason ^c  

^a HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (China)

^b INSTITUTE OF CHEMISTRY   (China)

^c HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM   (Israel)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84877289473     PISSN: 00201669     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic3028644     Document Type: Article

References (79)

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. Rüttinger, W.; Dismukes, G. C. Chem. Rev. 1997, 97, 1-24
7. Yagi, M.; Kaneko, M. Chem. Rev. 2001, 101, 21-35
8. Sun, L. C.; Hammarström, L.; Åkermark, B.; Styring, S. Chem. Soc. Rev. 2001, 30, 36-49
9. 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
10. Yamazaki, H.; Shouji, A.; Kajita, M.; Yagi, M. Coord. Chem. Rev. 2010, 254, 2483-2491
11. Dau, H.; Limberg, C.; Reier, T.; Risch, M.; Roggan, S.; Strasser, P. ChemCatChem 2010, 2, 724-761
12. Liu, X.; Wang, F. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1115-1136
13. Limburg, B.; Bouwman, E.; Bonnet, S. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1451-1467
14. 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
15. Gagliardi, C. J.; Vannucci, A. K.; Concepcion, J. J.; Chen, Z.; Meyer, T. J. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7704-7717
16. Romain, S.; Vigara, L.; Llobet, A. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1944-1953
17. Cao, R.; Lai, W. Z.; Du, P. W. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8134-8157
18. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9740-9747
19. Wasylenko, D. J.; Palmer, R. D.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2013, 49, 218-227
20. Sala, X.; Ertem, M. Z.; Vigara, L.; Todorova, T. K.; Chen, W.; Rocha, R. C.; Aquilante, F.; Cramer, C. J.; Gagliardi, L.; Llobet, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 7745-7747
21. 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
22. Yoshida, M.; Masaoka, S.; Abe, J.; Sakai, K. Chem. Asian J. 2010, 5, 2369-2378
23. Yoshida, M.; Masaoka, S.; Sakai, K. Chem. Lett. 2009, 38, 702-703
24. Zong, R.; Thummel, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12802-12803
25. Zhang, G.; Zong, R.; Tseng, H.-W.; Thummel, R. P. Inorg. Chem. 2008, 47, 990-998
26. 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
27. Polyansky, D. E.; Muckerman, J. T.; Rochford, J.; Zong, R.; Thummel, R. P.; Fujita, E. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14649-14665
28. Tseng, H.-W.; Zong, R.; Muckerman, J. T.; Thummel, R. P. Inorg. Chem. 2008, 47, 11763-11773
29. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Norris, M. R.; Chen, Z.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 2010, 49, 1277-1279
30. Wang, L.-P.; Wu, Q.; Voorhis, T. V. Inorg. Chem. 2010, 49, 4543-4553
31. Chen, Z.; Concepcion, J. J.; Hu, X.; Yang, W.; Hoertz, P. G.; Meyer, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 7225-7229
32. Lin, X. S.; Hu, X. Q.; Concepcion, J. J.; Chen, Z.; Liu, S. B.; Meyer, T. J.; Yang, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 15669-15672
33. Romero, I.; Rodríguez, M.; Sens, C.; Mola, J.; Kollipara, M. R.; Francàs, L.; Mas-Marza, E.; Escriche, L.; Llobet, A. Inorg. Chem. 2008, 47, 1824-1834
34. Kimoto, A.; Yamauchi, K.; Yoshida, M.; Masaoka, S.; Sakai, K. Chem. Commun. 2012, 48, 239-241
35. Concepcion, J. J.; Tsai, M.-K.; Muckerman, J. T.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1545-1557
36. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16462-16463
37. Tong, L.; Duan, L.; Xu, Y.; Privalov, T.; Sun, L. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 445-449
38. Duan, L. L.; Bozoglian, F.; Mandal, S.; Stewart, B.; Privalov, T.; Llobet, A.; Sun, L. C. Nat. Chem. 2012, 4, 418-423
39. 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
40. Privalov, T.; kermark, B.; Sun, L. C. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 8313-8317
41. Nyhlén, J.; Duan, L. L.; Åkermark, B.; Sun, L. C.; Privalov, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 1773-1777
42. An, J. X.; Duan, L. L.; Sun, L. C. Faraday Discuss. 2012, 155, 267-275
43. Chen, Z.; Concepcion, J. J.; Meyer, T. J. Dalton Trans. 2011, 40, 3789-3792
44. Lai, W. Z.; Cao, R.; Dong, G.; Shaik, S.; Yao, J. N.; Chen, H. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2315-2319
45. 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
46. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Henderson, M. A.; Berlinguette, C. P. Inorg. Chem. 2011, 50, 3662-3672
47. Hughes, T. F.; Friesner, R. A. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 9280-9289
48. Chen, Y.; Fang, W. H. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 10334-10338
49. Yang, X. Z.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 120-130
50. Vallés-Pardo, J. L.; Guijt, M. C.; Iannuzzi, M.; Joya, K. S.; de Groot, H. J. M.; Buda, F. ChemPhysChem 2012, 13, 140-146
51. Yamazaki, H.; Hakamata, T.; Komi, M.; Yagi, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8846-8849
52. 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
53. Murakami, M.; Hong, D. C.; Suenobu, T.; Yamaguchi, S.; Ogura, T.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11605-11613
54. Bell, R. P. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1936, 154, 414-421
55. Evans, M. G.; Polanyi, M. Trans. Faraday Soc. 1938, 34, 11-24
56. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
57. Ernzerhof, M.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5029-5036
58. Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1999, 110, 6158-6170
59. Schäfer, A.; Horn, H.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 1992, 97, 2571-2577
60. Kang, R. H.; Chen, H.; Shaik, S.; Yao, J. N. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 4002-4011
61. Bühl, M.; Reimann, C.; Pantazis, D. A.; Bredow, T.; Neese, F. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 1449-1459
62. Waller, M. P.; Braun, H.; Hojdis, N.; Bühl, M. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 2234-2242
63. Bühl, M.; Kabrede, H. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 1282-1290
64. Pierloot, K.; Vancoillie, S. J. Chem. Phys. 2006, 125, 124303
65. Pierloot, K.; Vancoillie, S. J. Chem. Phys. 2008, 128, 034104
66. Phung, Q. M.; Vancoillie, S.; Pierloot, K. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 883-892
67. Zhao, S.; Li, Z. H.; Wang, W. N.; Liu, Z. P.; Fan, K. N.; Xie, Y. M.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 2006, 124, 184102
68. Kim, J.; Ihee, H.; Lee, Y. S. J. Chem. Phys. 2010, 133, 144309
69. Weigend, F.; Ahlrichs, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 3297-3305
70. Marenich, A. V.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 6378-6396
71. Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. J. Chem. Phys. 2010, 132, 154104
72. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
73. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
74. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652
75. For a recent ab initio assessment of DFT performance in the whole catalytic cycle of mononuclear Ru-WOC, see: Kang, R. H.; Yao, J. N.; Chen, H. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 1872-1879
76. 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.
77. Yamaguchi, K.; Jensen, F.; Dorigo, A.; Houk, K. N. Chem. Phys. Lett. 1988, 149, 537
78. Chen, H.; Cho, K.-B.; Lai, W. Z.; Nam, W.; Shaik, S. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 915-926
79. Shaik, S.; Chen, H.; Janardanan, D. Nat. Chem. 2011, 3, 19-27