Water oxidation catalysis with nonheme iron complexes under acidic and basic conditions: Homogeneous or heterogeneous?

Inorganic Chemistry

Volumn 52, Issue 16, 2013, Pages 9522-9531

  Hong, Dachao ^a   Mandal, Sukanta ^b   Yamada, Yusuke ^a   Lee, Yong Min ^b   Nam, Wonwoo ^b   Llobet, Antoni ^b,c   Fukuzumi, Shunichi ^a,b  

^a OSAKA UNIVERSITY   (Japan)

^b Ewha Womans University   (South Korea)

^c INSTITUTE OF CHEMICAL RESEARCH OF CATALONIA ICIQ   (Spain)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

FERROUS ION; WATER;

ARTICLE; CATALYSIS; CHEMISTRY; CONFORMATION; OXIDATION REDUCTION REACTION; PH;

CATALYSIS; FERROUS COMPOUNDS; HYDROGEN-ION CONCENTRATION; MOLECULAR CONFORMATION; OXIDATION-REDUCTION; WATER;

EID: 84882574298     PISSN: 00201669     EISSN: 1520510X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic401180r     Document Type: Article

References (104)

1. Nocera, D. G. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 767
2. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 15729
3. Eisenberg, R.; Gray, H. B. Inorg. Chem. 2008, 47, 1697
4. Gray, H. B. Nat. Chem. 2009, 1, 7
5. Muckerman, J. T.; Polyansky, D. E.; Wada, T.; Tanaka, K.; Fujita, E. Inorg. Chem. 2008, 47, 1787
6. Duan, L.; Tong, L.; Xu, Y.; Sun, L. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3296
7. Artero, V.; Chavarot-Kerlidou, M.; Fontecave, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7238
8. Fukuzumi, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 2283
9. Fukuzumi, S.; Ohkubo, K. J. Mater. Chem. 2012, 22, 4575
10. Fukuzumi, S.; Yamada, Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 24284
11. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Brennaman, M. K.; Hoertz, P. G.; Patrocinio, A. O. T.; Murakami Iha, N. Y.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1954
12. Magnuson, A.; Anderlund, M.; Johansson, O.; Lindblad, P.; Lomoth, R.; Polivka, T.; Ott, S.; Stensjo, K.; Styring, S.; Sundstrom, V.; Hammarstrom, L. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1899
13. Fukuzumi, S.; Yamada, Y.; Suenobu, T.; Ohkubo, K.; Kotani, H. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2754
14. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9740
15. Cao, R.; Lai, W.; Du, P. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8134
16. Sala, X.; Romero, I.; Rodriguez, M.; Escriche, L.; Llobet, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 2842
17. Hurst, J. K.; Cape, J. L.; Clark, A. E.; Das, S.; Qin, C. Y. Inorg. Chem. 2008, 47, 1753
18. Deng, Z. P.; Tseng, H. W.; Zong, R. F.; Wang, D.; Thummel, R. Inorg. Chem. 2008, 47, 1835
19. Gersten, S. W.; Samuels, G. J.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 4029
20. Lebeau, E. L.; Adeyemi, S. A.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 1998, 37, 6476
21. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Norris, M. R.; Chen, Z. F.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 2010, 49, 1277
22. Harriman, A.; Pickering, I. J.; Thomas, J. M.; Christensen, P. A. J. Chem. Soc., Faraday Trans. I 1988, 84, 2795
23. Jiao, F.; Frei, H. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1018
24. Morris, N. D.; Mallouk, T. E. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11114
25. Murakami, M.; Hong, D.; Suenobu, T.; Yamaguchi, S.; Ogura, T.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11605
26. Polyansky, D. E.; Muckerman, J. T.; Rochford, J.; Zong, R.; Thummel, R. P.; Fujita, E. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14649
27. Boyer, J. L.; Polyansky, D. E.; Szalda, D. J.; Zong, R.; Thummel, R. P.; Fujita, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 12600
28. Kimoto, A.; Yamauchi, K.; Yoshida, M.; Masaoka, S.; Sakai, K. Chem. Commun. 2012, 48, 239
29. Kärkäs, M. D.; Åkermark, T.; Johnston, E. V.; Karim, S. R.; Laine, T. M.; Lee, B.-L.; Åkermark, T.; Privalov, T.; Åkermark, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 11589
30. Mola, J.; Mas-Marza, E.; Sala, X.; Romero, I.; Rodriguez, M.; Vinas, C.; Parella, T.; Llobet, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 5830
31. Bozoglian, F.; Romain, S.; Ertem, M. Z.; Todorova, T. K.; Sens, C.; Mola, J.; Rodriguez, M.; Romero, I.; Benet-Buchholz, J.; Fontrodona, X.; Cramer, C. J.; Gagliardi, L.; Llobet, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15176
32. Geletii, Y. V.; Botar, B.; Koegerler, P.; Hillesheim, D. A.; Musaev, D. G.; Hill, C. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 3896
33. Geletii, Y. V.; Besson, C.; Hou, Y.; Yin, Q. S.; Musaev, D. G.; Quinonero, D.; Cao, R.; Hardcastle, K. I.; Proust, A.; Kogerler, P.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17360
34. Sartorel, A.; Carraro, M.; Scorrano, G.; De Zorzi, R.; Geremia, S.; McDaniel, N. D.; Bernhard, S.; Bonchio, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5006
35. Duan, L.; Bozoglian, F.; Mandal, S.; Stewart, B.; Privalov, T.; Llobet, A.; Sun, L. Nat. Chem. 2012, 4, 418
36. Jiang, Y.; Li, F.; Zhang, B.; Li, X.; Wang, X.; Huang, F.; Sun, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 3398
37. Duan, L. L.; Xu, Y. H.; Zhang, P.; Wang, M.; Sun, L. C. Inorg. Chem. 2010, 49, 209
38. Wang, L.; Duan, L.; Stewart, B.; Pu, M.; Liu, J.; Privalov, T.; Sun, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18868
39. Xu, Y.; Fischer, A.; Duan, L.; Tong, L.; Gabrielsson, E.; Åkermark, B.; Sun, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 8934
40. Kaveevivitchai, N.; Chitta, R.; Zong, R.; El Ojaimi, M.; Thummel, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10721
41. Natali, M.; Orlandi, M.; Berardi, S.; Campagna, S.; Bonchio, M.; Sartorel, A.; Scandola, F. Inorg. Chem. 2012, 51, 7324
42. Francas, L.; Sala, X.; Escudero-Adan, E.; Benet-Buchholz, J.; Escriche, L.; Llobet, A. Inorg. Chem. 2011, 50, 2771
43. Radaram, B.; Ivie, J. A.; Singh, W. M.; Grudzien, R. M.; Reibenspies, J. H.; Webster, C. E.; Zhao, X. Inorg. Chem. 2011, 50, 10564
44. Morris, N. D.; Suzuki, M.; Mallouk, T. E. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 9115
45. Yagi, M.; Tomita, E.; Sakita, S.; Kuwabara, T.; Nagai, K. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 21489
46. Hoertz, P. G.; Kim, Y. I.; Youngblood, W. J.; Mallouk, T. E. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 6845
47. McDaniel, N. D.; Coughlin, F. J.; Tinker, L. L.; Bernhard, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 210
48. Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Balcells, D.; Hull, J. F.; Olack, G. W.; Incarvito, C. D.; Eisenstein, O.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16017
49. Lalrempuia, R.; McDaniel, N. D.; Muller-Bunz, H.; Bernhard, S.; Albrecht, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 9765
50. Savini, A.; Bellachioma, G.; Ciancaleoni, G.; Zuccaccia, C.; Zuccaccia, D.; Macchioni, A. Chem. Commun. 2010, 46, 9218
51. Savini, A.; Bellachioma, G.; Bolano, S.; Rocchigiani, L.; Zuccaccia, C.; Zuccaccia, D.; Macchioni, A. ChemSusChem 2012, 5, 1415
52. Wang, C.; Wang, J.-L.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19895
53. Hong, D.; Murakami, M.; Yamada, Y.; Fukuzumi, S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5708
54. Hintermair, U.; Hashmi, S. M.; Elimelech, M.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9785
55. Zuccaccia, C.; Bellachioma, G.; Bolano, S.; Rocchigiani, L.; Savini, A.; Macchioni, A. Eur. J. Inorg. Chem. 2012, 1462
56. Grotjahn, D. B.; Brown, D. B.; Martin, J. K.; Marelius, D. C.; Abadjian, M.-C.; Tran, H. N.; Kalyuzhny, G.; Vecchio, K. S.; Specht, Z. G.; Cortes-Llamas, S. A.; Miranda-Soto, V.; van Niekerk, C.; Moore, C. E.; Rheingold, A. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19024
57. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072
58. Stracke, J. J.; Finke, R. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14872
59. Gerken, J. B.; McAlpin, J. G.; Chen, J. Y. C.; Rigsby, M. L.; Casey, W. H.; Britt, R. D.; Stahl, S. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14431
60. McAlpin, J. G.; Surendranath, Y.; Dinca, M.; Stich, T. A.; Stoian, S. A.; Casey, W. H.; Nocera, D. G.; Britt, R. D. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6882
61. Yin, Q. S.; Tan, J. M.; Besson, C.; Geletii, Y. V.; Musaev, D. G.; Kuznetsov, A. E.; Luo, Z.; Hardcastle, K. I.; Hill, C. L. Science 2010, 328, 342
62. Natali, M.; Berardi, S.; Sartorel, A.; Bonchio, M.; Campagna, S.; Scandola, F. Chem. Commun. 2012, 48, 8808
63. Huang, Z.; Luo, Z.; Geletii, Y. V.; Vickers, J. W.; Yin, Q.; Wu, D.; Hou, Y.; Ding, Y.; Song, J.; Musaev, D. G.; Hill, C. L.; Lian, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2068
64. Tanaka, S.; Annaka, M.; Sakai, K. Chem. Commun. 2012, 48, 1653
65. Jiao, F.; Frei, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1841
66. Wee, T.-L.; Sherman, B. D.; Gust, D.; Moore, A. L.; Moore, T. A.; Liu, Y.; Scaiano, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16742
67. Hong, D.; Jung, J.; Park, J.; Yamada, Y.; Suenobu, T.; Lee, Y.-M.; Nam, W.; Fukuzumi, S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7606
68. Barnett, S. M.; Goldberg, K. I.; Mayer, J. M. Nat. Chem. 2012, 4, 498
69. Zhang, M.-T.; Chen, Z.; Kang, P.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2048
70. Yagi, M.; Narita, K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8084
71. Jiao, F.; Frei, H. Chem. Commun. 2010, 46, 2920
72. Najafpour, M. M. Chem. Commun. 2011, 47, 11724
73. Gao, Y.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Inorg. Chem. 2012, 51, 4043
74. Dismukes, G. C.; Brimblecombe, R.; Kolling, D. R. J.; Bond, A. M.; Swiegers, G. F.; Spiccia, L. Inorg. Chem. 2009, 48, 7269
75. Najafpour, M. M.; Moghaddam, A. N. Dalton Trans. 2012, 41, 10292
76. Kim, T. V.; Elizarova, G. L.; Parmon, V. N. React. Kinet. Catal. Lett. 1984, 26, 57
77. Hong, D.; Yamada, Y.; Nagatomi, T.; Takai, Y.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19572
78. Ellis, W. C.; McDaniel, N. D.; Bernhard, S.; Collins, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10990
79. Kundu, S.; Matito, E.; Walleck, S.; Pfaff, F. F.; Heims, F.; Rábay, B.; Luis, J. M.; Company, A.; Braun, B.; Glaser, T.; Ray, K. Chem.-Eur. J. 2012, 18, 2787
80. Hoffert, W. A.; Mock, M. T.; Appel, A. M.; Yang, J. Y. Eur. J. Inorg. Chem. 2013, in press. DOI: 10.1002/ejic.201201499.
81. Codolà, Z.; Garcia-Bosch, I.; Acuña-Parés, F.; Prat, I.; Luis, J. M.; Costas, M.; Lloret-Fillol, J. Chem.-Eur. J. 2013, 19, 8042
82. Sun, C.-L.; Li, B.-J.; Shi, Z.-J. Chem. Rev. 2011, 111, 1293
83. Chow, T. W.-S.; Chen, G.-Q.; Liu, Y.; Zhou, C.-Y.; Che, C.-M. Pure Appl. Chem. 2012, 84, 1685
84. Talsi, E. P.; Bryliakov, K. P. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1418
85. Sun, X.; Li, J.; Huang, X.; Sun, C. Curr. Inorg. Chem. 2012, 2, 64
86. Allpress, C. J.; Grubel, K.; Szajna-Fuller, E.; Arif, A. M.; Berreau, L. M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 659
87. Bugg, T. D. H.; Ramaswamy, S. Curr. Opin. Chem. Biol. 2008, 12, 134
88. Kim, Y. J.; Feng, X.; Lippard, S. J. Inorg. Chem. 2007, 46, 6099
89. Fillol, J. L.; Codolà, Z.; Garcia-Bosch, I.; Gómez, L.; Pla, J. J.; Costas, M. Nat. Chem. 2011, 3, 807
90. Chen, G.; Chen, L.; Ng, S.-M.; Man, W.-L.; Lau, T.-C. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 1789
91. Artero, V.; Fonteacave, M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2338
92. Fukuzumi, S.; Hong, D. Eur. J. Inorg. Chem. in press. DOI: 10.1002/ejic.201300684.
93. Hagen, K. S. Inorg. Chem. 2000, 39, 5867
94. England, J.; Britovsek, G. J. P.; Rabadia, N.; White, A. J. P. Inorg. Chem. 2007, 46, 3752
95. Hong, S.; Lee, Y.-M.; Cho, K.-B.; Sundaravel, K.; Cho, J.; Kim, M. J.; Shin, W.; Nam, W. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11876
96. Wadsworth, E.; Duke, F. R.; Goetz, C. A. Anal. Chem. 1957, 29, 1824
97. Baalousha, M.; Manciulea, A.; Cumberland, S.; Kendall, K.; Lead, J. R. Environ. Toxicol. Chem. 2008, 27, 1875
98. Mandel, K.; Szczerba, W.; Thünemann, A. F.; Riesemeier, H.; Girod, M.; Sextl, G. J. Nanopart. Res. 2012, 14, 1066
99. Lee, Y.-M.; Dhuri, S. N.; Sawant, S. C.; Cho, J.; Kubo, M.; Ogura, T.; Fukuzumi, S.; Nam, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1803
100. Yoon, J.; Wilson, S. A.; Jang, Y. K.; Seo, M. S.; Nehru, K.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Bill, E.; Solomon, E. I.; Nam, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1257
101. Kaledin, A. L.; Huang, Z.; Geletii, Y. V.; Lian, T.; Hill, C. L.; Musaev, D. G. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 73
102. Yamada, Y.; Yano, K.; Xu, Q. A.; Fukuzumi, S. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 16456
103. Mcintyre, N. S.; Zetaruk, D. G. Anal. Chem. 1977, 49, 1521
104. Mathew, T.; Shiju, N. R.; Sreekumar, K.; Rao, B. S.; Gopinath, C. S. J. Catal. 2002, 210, 405