Differentiating homogeneous and heterogeneous water oxidation catalysis: Confirmation that [Co4(H2O)2(α-PW 9O34)2]10- is a molecular water oxidation catalyst

Journal of the American Chemical Society

Volumn 135, Issue 38, 2013, Pages 14110-14118

  Vickers, James W ^a   Lv, Hongjin ^a   Sumliner, Jordan M ^a   Zhu, Guibo ^a   Luo, Zhen ^a   Musaev, Djamaladdin G ^a   Geletii, Yurii V ^a   Hill, Craig L ^a  

^a EMORY UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACTIVE SPECIES; CATALYTIC CONDITIONS; CATHODIC ADSORPTIVE STRIPPING; HOMOGENEOUS AND HETEROGENEOUS CATALYSIS; MOLECULAR CATALYSTS; MOLECULAR WATER; WATER OXIDATION; WATER OXIDATION CATALYSTS;

BYPRODUCTS; CATALYSIS; CATALYSTS; COBALT; COBALT COMPOUNDS; EXPERIMENTS; INDUCTIVELY COUPLED PLASMA MASS SPECTROMETRY;

OXIDATION;

COBALT; OXYGEN; TOLUENE; WATER;

ARTICLE; CARBON DIOXIDE TENSION; CATALYSIS; CHEMICAL ANALYSIS; ELECTROCHEMISTRY; EXTRACTION; MASS SPECTROMETRY; OXIDATION; PH; POTENTIOMETRY;

EID: 84884890815     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja4024868     Document Type: Article

References (98)

1. Chow, J.; Kopp, R. J.; Portney, P. R. Science 2003, 302, 1528
2. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103 (43) 15729
3. Gray, H. B. Nat. Chem. 2009, 1, 7
4. Eisenberg, R.; Gray, H. B. Inorg. Chem. 2008, 47, 1697
5. Young, K. J.; Martini, L. A.; Milot, R. L., R. C. S., III.; Batista, V. S.; Schmuttenmaer, C. A.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 2503
6. Kanan, M. W.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 109
7. 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
8. Gersten, S. W.; Samuels, G. J.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 4029
9. Hurst, J. K. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 313
10. McDaniel, N. D.; Coughlin, F. J.; Tinker, L. L.; Bernhard, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 210
11. Muckerman, J. T.; Polyansky, D. E.; Wada, T.; Tanaka, K.; Fujita, E. Inorg. Chem. 2008, 47, 1787
12. Hull, J. F.; Balcells, D.; Blakemore, J. D.; Incarvito, C. D.; Eisenstein, O.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8730
13. Masaoka, S.; Sakai, K. Chem. Lett. 2009, 38, 182
14. McCool, N. S.; Robinson, D. M.; Sheats, J. E.; Dismukes, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11446
15. Bernet, L.; Lalrempuia, R.; Ghattas, W.; Mueller-Bunz, H.; Vigara, L.; Llobet, A.; Albrecht, M. Chem. Commun. 2011, 47, 8058
16. Chen, Z.; Concepcion, J. J.; Meyer, T. J. Dalton Trans. 2011, 40, 3789
17. Fillol, J. L.; Codolà, Z.; Garcia-Bosch, I.; Gómez, L.; Pla, J. J.; Costas, M. Nat. Chem. 2011, 3, 807
18. Murakami, M.; Hong, D.; Suenobu, T.; Yamaguchi, S.; Ogura, T.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11605
19. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Borau-Garcia, J.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2011, 47, 4249
20. Roeser, S.; Fàrrs, P.; Bozoglian, F.; Martínez-Belmonte, M.; Benet-Buchholz, J.; Llobet, A. ChemSusChem 2011, 4, 197
21. An, J.; Duana, L.; Sun, L. Faraday Discuss. 2012, 155, 267
22. Kaveevivitchai, N.; Zong, R.; Tseng, H.-W.; Chitta, R.; Thummel, R. P. Inorg. Chem. 2012, 51, 2930
23. Hong, D.; Jung, J.; Park, J.; Yamada, Y.; Suenobu, T.; Lee, Y.-M.; Nam, W.; Fukuzumi, S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7606
24. Bernardini, G.; Wedd, A. G.; Zhao, C.; Bond, A. M. Proc. Natl. Acad. Sci.U.S.A. 2012, 109, 11552
25. Zhang, M.-T.; Chen, Z.; Kang, P.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2048
26. Joya, K. S.; Subbaiyan, N. K.; D'Souza, F.; de Groot, H. J. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9601
27. Youngblood, W. J.; Lee, S.-H. A.; Maeda, K.; Mallouk, T. E. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1966
28. Shafirovich, V. Y.; Khannanov, N. K.; Strelets, V. V. Nouveau J. Chim. 1980, 4, 81
29. Harriman, A.; Pickering, I. J.; Thomas, J. M.; Christensen, P. A. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 F 1988, 84, 2795
30. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072
31. Jiao, F.; Frei, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1841
32. Robinson, D. M.; Go, Y. B.; Greenblatt, M.; Dismukes, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11467
33. Carraro, M.; Sartorel, A.; Toma, F. M.; Puntoriero, F.; Scandola, F.; Campagna, S.; Prato, M.; Bonchio, M. Top. Curr. Chem. 2011, 303, 121
34. 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
35. Pijpers, J. J. H.; Winkler, M. T.; Surendranath, Y.; Buonassisi, T.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 10056
36. Sivasankar, N.; Weare, W. W.; Frei, H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12976
37. Wang, C.; Xie, Z.; deKrafft, K. E.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13445
38. Wang, D.; Jiang, H.; Zong, X.; Xu, Q.; Ma, Y.; Li, G.; Li, C. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 1275
39. Steinmiller, E. M. P.; Choi, K.-S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 20633
40. Zidki, T.; Zhang, L.; Shafirovich, V.; Lymar, S. V. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14275
41. Higashi, M.; Domen, K.; Abe, R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6968
42. Youngblood, W. J.; Lee, S.-H. A.; Kobayashi, Y.; Hernandez-Pagan, E. A.; Hoertz, P. G.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D.; Mallouk, T. E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 926
43. Chen, Z.; Concepcion, J. J.; Hull, J. F.; Hoertz, P. G.; Meyer, T. J. Dalton Trans. 2010, 39, 6950
44. Shevchenko, D.; Anderlund, M. F.; Thapper, A.; Styring, S. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1284
45. Barnett, S. M.; Goldberg, K. I.; Mayer, J. M. Nat. Chem. 2012, 4, 498
46. Gonçalves, R. H.; Leite, L. D. T.; Leite, E. R. ChemSusChem 2012, 5, 2341
47. Toma, F. M.; Sartorel, A.; Iurlo, M.; Carraro, M.; Parisse, P.; Maccato, C.; Rapino, S.; Gonzalez, B. R.; Amenitsch, H.; Ros, T. D.; Casalis, L.; Goldoni, A.; Marcaccio, M.; Scorrano, G.; Scoles, G.; Paolucci, F.; Prato, M.; Bonchio, M. Nat. Chem. 2010, 2, 826
48. Yamada, Y.; Yano, K.; Hong, D.; Fukuzumi, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 5753
49. Risch, M.; Klingan, K.; Ringleb, F.; Chernev, P.; Zaharieva, I.; Fischer, A.; Dau, H. ChemSusChem 2012, 5, 542
50. Anton, D. R.; Crabtree, R. H. Organometallics 1983, 2, 855
51. Widegren, J. A.; Finke, R. G. J. Mol. Catal. A: Chem. 2003, 198, 317
52. Whitesides, G. M.; Hackett, M.; Brainard, R. L.; Lavalleye, J.-P. P. M.; Sowinski, A. F.; Izumi, A. N.; Moore, S. S.; Brown, D. W.; Staudt, E. M. Organometallics 1985, 4, 1819
53. Kuznetsov, A. E.; Geletii, Y. V.; Hill, C. L.; Morokuma, K.; Musaev, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6844
54. Quiñonero, D.; Kaledin, A. L.; Kuznetsov, A. E.; Geletii, Y. V.; Besson, C.; Hill, C. L.; Musaev, D. G. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 535
55. Sartorel, A.; Miro, P.; Salvadori, E.; Romain, S.; Carraro, M.; Scorrano, G.; Valentin, M. D.; Llobet, A.; Bo, C.; Bonchio, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16051
56. Car, P.-E.; Guttentag, M.; Baldridge, K. K.; Albertoa, R.; Patzke, G. R. Green Chem. 2012, 14, 1680
57. Zhu, G.; Glass, E. N.; Zhao, C.; Lv, H.; Vickers, J. W.; Geletii, Y. V.; Musaev, D. G.; Song, J.; Hill, C. L. Dalton Trans. 2012, 41, 13043
58. Tanaka, S.; Annaka, M.; Sakai, K. Chem. Commun. 2012, 48, 1653
59. Lv, H.; Geletii, Y. V.; Zhao, C.; Vickers, J. W.; Zhu, G.; Luo, Z.; Song, J.; Lian, T.; Musaev, D. G.; Hill, C. L. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7572
60. Geletii, Y. V.; Botar, B.; Kögerler, P.; Hillesheim, D. A.; Musaev, D. G.; Hill, C. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 3896
61. Geletii, Y. V.; Huang, Z.; Hou, Y.; Musaev, D. G.; Lian, T.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7522
62. Besson, C.; Musaev, D. G.; Lahootun, V.; Cao, R.; Chamoreau, L.-M.; Villanneau, R.; Villain, F.; Thouvenot, R.; Geletii, Y. V.; Hill, C. L.; Proust, A. Chem.-Eur. J. 2009, 15, 10233
63. Besson, C.; Huang, Z.; Geletii, Y. V.; Lense, S.; Hardcastle, K. I.; Musaev, D. G.; Lian, T.; Proust, A.; Hill, C. L. Chem. Commun. 2010, 2784
64. Sartorel, A.; Carraro, M.; Scorrano, G.; Zorzi, R. D.; Geremia, S.; McDaniel, N. D.; Bernhard, S.; Bonchio, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5006
65. Yin, Q.; 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
66. Finke, R. G.; Droege, M. W.; Domaille, P. J. Inorg. Chem. 1987, 26, 3886
67. Preprint provided by author. Stracke, J. J.; Finke, R. G. ACS Catal. 2013, 3, 1209
68. Finke, R. G.; Droege, M.; Hutchinson, J. R.; Gansow, O. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 1587
69. Lieb, D.; Zahl, A.; Wilson, E. F.; Streb, C.; Nye, L. C.; Meyer, K.; Ivanović-Burmazović, I. Inorg. Chem. 2011, 50, 9053
70. Ohlin, C. A.; Harley, S. J.; McAlpin, J. G.; Hocking, R. K.; Mercado, B. Q.; Johnson, R. L.; Villa, E. M.; Fidler, M. K.; Olmstead, M. M.; Spiccia, L.; Britt, R. D.; Casey, W. H. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 4408
71. Swierk, J. R.; Mallouk, T. E. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2357
72. Ghosh, P. K.; Brunschwig, B. S.; Chou, M.; Creutz, C.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 4772
73. Stracke, J. J.; Finke, R. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14872
74. Katsoulis, D. E.; Pope, M. T. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 2737
75. Performed by Galbraith Laboratories, Inc., Knoxville, TN, USA.
76. Huang, Z.; Luo, Z.; Geletii, Y. V.; Vickers, J.; 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
77. Vickers, J.; Lv, H.; Zhuk, P. F.; Geletii, Y. V.; Hill, C. L. In 2011 MRS Fall Meeting, Symposium E-Advanced Materials for Solar-Fuel Generation; Boston, MA, 2012; Vol. 1387, p 9.
78. Schley, N. D.; Blakemore, J. D.; Subbaiyan, N. K.; Incarvito, C. D.; D'Souza, F.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10473
79. Natali, M.; Berardi, S.; Sartorel, A.; Bonchio, M.; Campagna, S.; Scandola, F. Chem. Commun. 2012, 48, 8808
80. Weinstock, I. A.; Barbuzzi, E. M. G.; Wemple, M. W.; Cowan, J. J.; Reiner, R. S.; Sonnen, D. M.; Heintz, R. A.; Bond, J. S.; Hill, C. L. Nature 2001, 414, 191
81. Flynn, C. M.; Stucky, G. D. Inorg. Chem. 1969, 8, 178
82. Hill, C. L. In Comprehensive Coordination Chemistry-II: From Biology to Nanotechnology; Wedd, A. G., Ed.; Elsevier Ltd.: Oxford, UK, 2004; Vol. 4, p 679.
83. Pope, M. T. In Comprehensive Coordination Chemistry II: From Biology to Nanotechnology; Wedd, A. G., Ed.; Elsevier Ltd.: Oxford, UK, 2004; Vol. 4, p 635.
84. Goberna-Ferrón, S.; Vigara, L.; Soriano-López, J.; Galán-Mascarós, J. R. Inorg. Chem. 2012, 51, 11707
85. Del Piero, S.; Di Bernardo, P.; Fedele, R.; Melchior, A.; Polese, P.; Tolazzi, M. Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 2006, 3738
86. Joya, K. S.; Vallés-Pardo, J. L.; Joya, Y. F.; Eisenmayer, T.; Thomas, B.; Buda, F.; de Groot, H. J. M. ChemPlusChem 2013, 78, 35
87. Wasylenko, D. J.; Palmer, R. D.; Schott, E.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2012, 48, 2107
88. Wu, J.; Liao, L.; Yan, W.; Xue, Y.; Sun, Y.; Yan, X.; Chen, Y.; Xie, Y. ChemSusChem 2012, 5, 1207
89. Woolerton, T. W.; Sheard, S.; Chaudhary, Y. S.; Armstrong, F. A. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7470
90. Limburg, B.; Bouwman, E.; Bonnet, S. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1451
91. Anxolabéhère-Mallart, E.; Costentin, C.; Fournier, M.; Nowak, S.; Robert, M.; Savéant, J.-M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6104
92. Du, P.; Eisenberg, R. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6012
93. Crabtree, R. H. Chem. Rev. 2012, 112, 1536
94. Soriano-López, J.; Goberna-Ferrón, S.; Vigara, L.; Carbó, J. J.; Poblet, J. M.; Galán-Mascarós, J. R. Inorg. Chem. 2013, 52, 4753
95. Zhu, G.; Geletii, Y. V.; Song, J.; Zhao, C.; Glass, E. N.; Bacsa, J.; Hill, C. L. Inorg. Chem. 2012, 52, 1018
96. Sartorel, A.; Bonchio, M.; Campagna, S.; Scandola, F. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2262
97. Gao, S.; Li, T.; Li, X.; Cao, R. Mater. Lett. 2006, 60, 3622
98. Balula, M. S.; Gamelas, J. A.; Carapuça, H. M.; Cavaleiro, A. M. V.; Schlindwein, W. Eur. J. Inorg. Chem. 2004, 2004, 619