Metal-ligand covalency of iron complexes from high-resolution resonant inelastic X-ray scattering

Journal of the American Chemical Society

Volumn 135, Issue 45, 2013, Pages 17121-17134

  Lundberg, Marcus ^a,d   Kroll, Thomas ^a   Debeer, Serena ^b,e,f   Bergmann, Uwe ^b   Wilson, Samuel A ^a   Glatzel, Pieter ^c   Nordlund, Dennis ^b   Hedman, Britt ^b   Hodgson, Keith O ^a,b   Solomon, Edward I ^a,b  

^a STANFORD UNIVERSITY   (United States)

^b SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

^c EUROPEAN SYNCHROTRON RADIATION FACILITY   (France)

^d UPPSALA UNIVERSITY   (Sweden)

^e MAX PLANCK INSTITUTE FOR CHEMICAL ENERGY CONVERSION   (Germany)

^f Department of Obstetrics Gynecology   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYSTS; CHARGE TRANSFER; ELECTRONIC STRUCTURE; EXTRACTION; LIGANDS; PARTICLE BEAMS; PHOTONS; TRANSITION METALS; TWO PHOTON PROCESSES; ULTRAVIOLET VISIBLE SPECTROSCOPY; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY; X RAY SCATTERING; X RAYS;

CONVENTIONAL ABSORPTION; COVALENT SYSTEMS; INFORMATION CONTENTS; METAL-LIGAND BONDS; RESONANT INELASTIC X-RAY SCATTERING; STRUCTURE INFORMATION; THEORETICAL MODELING; UV/ VIS SPECTROSCOPY;

IRON COMPOUNDS;

FERRICYANIDE; FERROCYANIDE; IRON COMPLEX; LIGAND; METAL; TRANSITION ELEMENT;

ANALYTIC METHOD; ARTICLE; CATALYST; COVALENT BOND; LIGAND BINDING; METAL BINDING; PHOTON; RESONANT INELASTIC X RAY SCATTERING; SPECTROSCOPY; THEORETICAL MODEL; ULTRAVIOLET SPECTROSCOPY; VIS SPECTROSCOPY; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY;

FERRIC COMPOUNDS; FERRICYANIDES; FERROUS COMPOUNDS; LIGANDS; MODELS, MOLECULAR; SCATTERING, RADIATION; X-RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY; X-RAYS;

EID: 84887679145     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja408072q     Document Type: Article

References (82)

1. Glatzel, P.; Bergmann, U. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 65-95
2. Ament, L. J. P.; van Veenendaal, M.; Devereaux, T. P.; Hill, J. P.; van den Brink, J. Rev. Mod. Phys. 2011, 83, 705-767
3. Hahn, J. E.; Scott, R. A.; Hodgson, K. O.; Doniach, S.; Desjardins, S. R.; Solomon, E. I. Chem. Phys. Lett. 1982, 88, 595-598
4. Westre, T. E.; Kennepohl, P.; DeWitt, J. G.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6297-6314
5. Wilke, M.; Farges, F.; Petit, P. E.; Brown, G. E.; Martin, F. Am. Mineral. 2001, 86, 714-730
6. Smolentsev, G.; Soldatov, A. V.; Messinger, J.; Merz, K.; Weyhermuller, T.; Bergmann, U.; Pushkar, Y.; Yano, J.; Yachandra, V. K.; Glatzel, P. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13161-13167
7. Lee, N.; Petrenko, T.; Bergmann, U.; Neese, F.; DeBeer, S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9715-9727
8. Gel'mukhanov, F.; Ågren, H. Phys. Rep. 1999, 312, 87-330
9. Kotani, A.; Shin, S. Rev. Mod. Phys. 2001, 73, 203-246
10. Kao, C.-C.; Caliebe, W.; Hastings, J.; Gillet, J.-M. Phys. Rev. B 1996, 54, 16361-16364
11. Butorin, S. M.; Mancini, D. C.; Guo, J. H.; Wassdahl, N.; Nordgren, J.; Nakazawa, M.; Tanaka, S.; Uozumi, T.; Kotani, A.; Ma, Y.; Myano, K. E.; Karlin, B. A.; Shuh, D. K. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 574-577
12. Butorin, S. M.; Guo, J. H.; Magnuson, M.; Kuiper, P.; Nordgren, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 4405-4408
13. Platzman, P. M.; Isaacs, E. D. Phys. Rev. B 1998, 57, 11107-11114
14. Hämäläinen, K.; Siddons, D. P.; Hastings, J. B.; Berman, L. E. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 2850-2853
15. Carra, P.; Fabrizio, M.; Thole, B. Phys. Rev. Lett. 1995, 74, 3700-3703
16. De Groot, F. Chem. Rev. 2001, 101, 1779-1808
17. Glatzel, P.; Sikora, M.; Smolentsev, G.; Fernandez-Garcia, M. Catal. Today 2009, 145, 294-299
18. Hayashi, H.; Takeda, R.; Udagawa, Y.; Nakamura, T.; Miyagawa, H.; Shoji, H.; Nanao, S.; Kawamura, N. Phys. Rev. B 2003, 68, 045122-(1-9)
19. Lu, L.; Hancock, J. N.; Chabot-Couture, G.; Ishii, K.; Vajk, O. P.; Yu, G.; Mizuki, J.; Casa, D.; Gog, T.; Greven, M. Phys. Rev. B 2006, 74, 224509-(1-9)
20. Forte, F.; Ament, L. J.; van den Brink, J. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 106406-(1-4)
21. Glatzel, P.; Bergmann, U.; Yano, J.; Visser, H.; Robblee, J. H.; Gu, W. W.; de Groot, F. M. F.; Christou, G.; Pecoraro, V. L.; Cramer, S. P.; Yachandra, V. K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9946-9959
22. Leidel, N.; Chernev, P.; Havelius, K. G.; Schwartz, L.; Ott, S.; Haumann, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14142-14157
23. de Groot, F. M. F.; Glatzel, P.; Bergmann, U.; van Aken, P. A.; Barrea, R. A.; Klemme, S.; Havecker, M.; Knop-Gericke, A.; Heijboer, W. M.; Weckhuysen, B. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 20751-20762
24. Kas, J. J.; Rehr, J. J.; Soininen, J. A.; Glatzel, P. Phys. Rev. B 2011, 83, 235114-(1-10)
25. Glatzel, P.; Bergmann, U.; Gu, W. W.; Wang, H. X.; Stepanov, S.; Mandimutsira, B. S.; Riordan, C. G.; Horwitz, C. P.; Collins, T.; Cramer, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9668-9669
26. Kotani, A.; Okada, K.; Vanko, G.; Dhalenne, G.; Revcolevschi, A.; Giura, P.; Shukla, A. Phys. Rev. B 2008, 77, 205116-(1-11)
27. Yang, W. L.; Sorini, A. P.; Chen, C. C.; Moritz, B.; Lee, W. S.; Vernay, F.; Olalde-Velasco, P.; Denlinger, J. D.; Delley, B.; Chu, J. H.; Analytis, J. G.; Fisher, I. R.; Ren, Z. A.; Yang, J.; Lu, W.; Zhao, Z. X.; van den Brink, J.; Hussain, Z.; Shen, Z. X.; Devereaux, T. P. Phys. Rev. B 2009, 80, 014508-(1-10)
28. Krause, M. O.; Oliver, J. H. J. Phys. Chem. Ref. Data 1979, 8, 329-338
29. de Groot, F. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 31-63
30. Ikeno, H.; de Groot, F. M. F.; Stavitski, E.; Tanaka, I. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 104208-(1-17)
31. Wasinger, E. C.; de Groot, F. M. F.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12894-12906
32. Hocking, R. K.; Wasinger, E. C.; de Groot, F. M. F.; Hodgson, K. O.; Hedman, B.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10442-10451
33. Hocking, R. K.; Wasinger, E. C.; Yan, Y. L.; deGroot, F. M. F.; Walker, F. A.; Hodgson, K. O.; Hedman, B.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 113-125
34. Hocking, R. K.; DeBeer George, S.; Gross, Z.; Walker, F. A.; Hodgson, K. O.; Hedman, B.; Solomon, E. I. Inorg. Chem. 2009, 48, 1678-1688
35. Hocking, R. K.; Debeer George, S.; Raymond, K. N.; Hodgson, K. O.; Hedman, B.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4006-4015
36. Luo, Y.; Agren, H.; Gel'mukhanov, F. J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys. 1994, 27, 4169-4180
37. Alexander, J. J.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, 4260-4271
38. Tanaka, S.; Kotani, A. J. Phys. Soc. Jpn. 1993, 62, 464-467
39. De Groot, F. Phys. Rev. B 1996, 53, 7099-7110
40. Shirley, E. L.; Soininen, J.; Zhang, G.; Carlisle, J.; Callcott, T.; Ederer, D.; Terminello, L.; Perera, R. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2001, 114, 939-946
41. Taguchi, M.; Parlebas, J.; Uozumi, T.; Kotani, A.; Kao, C.-C. Phys. Rev. B 2000, 61, 2553-2560
42. Josefsson, I.; Kunnus, K.; Schreck, S.; Foehlisch, A.; de Groot, F.; Wernet, P.; Odelius, M. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 3565-3570
43. Glatzel, P.; Sikora, M.; Fernandez-Garcia, M. Eur. Phys. J. Spec. Top. 2009, 169, 207-214
44. Caliebe, W. A.; Kao, C. C.; Hastings, J. B.; Taguchi, M.; Uozumi, T.; de Groot, F. M. F. Phys. Rev. B 1998, 58, 13452-13458
45. Rueff, J. P.; Journel, L.; Petit, P. E.; Farges, F. Phys. Rev. B 2004, 69, 235107-(1-9)
46. Krisch, M. H.; Sette, F.; Masciovecchio, C.; Verbeni, R. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1997, 86, 159-164
47. Pirngruber, G. D.; Grunwaldt, J. D.; Roy, P. K.; van Bokhoven, J. A.; Safonova, O.; Glatzel, P. Catal. Today 2007, 126, 127-134
48. Glatzel, P.; Mirone, A.; Eeckhout, S. G.; Sikora, M.; Giuli, G. Phys. Rev. B 2008, 77, 115133-(1-7)
49. Meyer, D. A.; Zhang, X. N.; Bergmann, U.; Gaffney, K. J. J. Chem. Phys. 2010, 132, 134502-(1-7)
50. George, G. N.; Pickering, I. J. Exafspak: A Suite of Computer Programs for the Analysis of X-Ray Absorption Spectra; Stanford Synchrotron Radiation Laboratory: Stanford, CA, 2001.
51. Wieghardt, K.; Schmidt, W.; Herrmann, W.; Kuppers, H. J. Inorg. Chem. 1983, 22, 2953-2956
52. Kotani, A. J. Synchrotron Radiat. 2001, 8, 110-114
53. Sakurai, J. J., Advanced Quantum Mechanics; Addison-Wesley: Reading, MA, 1967.
54. Aberg, T. Phys. Scr. 1980, 21, 495-502
55. De Groot, F.; Krisch, M.; Vogel, J. Phys. Rev. B 2002, 66, 195112-(1-7)
56. Swarbrick, J. C.; Skyllberg, U.; Karlsson, T.; Glatzel, P. Inorg. Chem. 2009, 48, 10748-10756
57. Glatzel, P.; Weng, T.-C.; Kvashnina, K.; Swarbrick, J.; Sikora, M.; Gallo, E.; Smolentsev, N.; Mori, R. A. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2013, 188, 17-25
58. DeBeer George, S.; Petrenko, T.; Neese, F. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12936-12943
59. Chandrasekaran, P.; Stieber, S. C. E.; Collins, T. J.; Que, L., Jr.; Neese, F.; DeBeer, S. Dalton Trans. 2011, 40, 11070-11079
60. Condon, E. U.; Shortley, G. H. The Theory of Atomic Spectra; Cambridge University Press: Cambridge, 1935.
61. Cowan, R. D. The Theory of Atomic Structure and Spectra; University of California Press: Berkeley, 1981.
62. Yamaguchi, T.; Shibuya, S.; Suga, S.; Shin, S. J. Phys. C: Solid State Phys. 1982, 15, 2641-2650
63. Yamaguchi, T.; Shibuya, S.; Sugano, S. J. Phys. C: Solid State Phys. 1982, 15, 2625-2639
64. Thole, B. T.; Vanderlaan, G.; Fuggle, J. C.; Sawatzky, G. A.; Karnatak, R. C.; Esteva, J. M. Phys. Rev. B 1985, 32, 5107-5118
65. De Groot, F.; Fuggle, J.; Thole, B.; Sawatzky, G. Phys. Rev. B 1990, 42, 5459-5468
66. Ballhausen, C. J. Introduction to Ligand Field Theory; McGraw-Hill: New York, 1962.
67. Butler, P. H. Point Group Symmetry Applications: Methods and Tables; Plenum Press: New York, 1991.
68. Tanaka, S.; Okada, K.; Kotani, A. J. Phys. Soc. Jpn. 1994, 63, 2780-2787
69. Bair, R. A.; Goddard, W. A., III. Phys. Rev. B 1980, 22, 2767-2776
70. Yamamoto, T. X-Ray Spectrom. 2008, 37, 572-584
71. DeBeer George, S.; Petrenko, T.; Neese, F. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12936-12943
72. Vankó, G.; deGroot, F. M. F.; Huotari, S.; Cava, R. J.; Lorenz, T.; Reuther, M. Intersite 4p-3d Hybridization in Cobalt Oxides: A Resonant X-ray Emission Spectroscopy Study. arXiv:0802.2744v1 [cond-mat.str-el] [condensed]; 2008.
73. Frisch, M.; Gaussian 09, Revision A.02; Gaussian: Wallingford, CT, 2009.
74. Tenderholt, A. L. QMForge, a program used to analyze the results of quantum chemistry (DFT) calculations, version 2.1, http://qmforge.sourceforge. net.
75. Hayashi, H.; Kawata, M.; Takeda, R.; Sato, A.; Udagawa, Y.; Kawamura, N.; Nanao, S. J. Phys. Chem. Solids 2005, 66, 2168-2172
76. Glatzel, P.; Bergmann, U.; de Groot, F. M. F.; Weckhuysen, B. M.; Cramer, S. P. Phys. Scr. 2005, T115, 1032-1034
77. Loeffen, P.; Pettifer, R.; Müllender, S.; Van Veenendaal, M.; Röhler, J.; Sivia, D. Phys. Rev. B 1996, 54, 14877-14880
78. Kroll, T.; Kraus, R.; Schönfelder, R.; Aristov, V. Y.; Molodtsova, O.; Hoffmann, P.; Knupfer, M. J. Chem. Phys. 2012, 137, 054306-(1-7)
79. Bianconi, A.; Dell'Ariccia, M.; Durham, P.; Pendry, J. Phys. Rev. B 1982, 26, 6502-6508
80. Strange, R.; Alagna, L.; Durham, P.; Hasnain, S. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4265-4268
81. Lancaster, K. M.; Roemelt, M.; Ettenhuber, P.; Hu, Y.; Ribbe, M. W.; Neese, F.; Bergmann, U.; DeBeer, S. Science 2011, 334, 974-977
82. Pushkar, Y.; Long, X.; Glatzel, P.; Brudvig, G. W.; Dismukes, G. C.; Collins, T. J.; Yachandra, V. K.; Yano, J.; Bergmann, U. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 800-803