Versatile photocatalytic systems for H2 generation in water based on an efficient DuBois-type nickel catalyst

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 1, 2014, Pages 356-366

  Gross, Manuela A ^a   Reynal, Anna ^b   Durrant, James R ^b   Reisner, Erwin ^a  

^a UNIVERSITY OF CAMBRIDGE   (United Kingdom)

^b IMPERIAL COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AQUEOUS ELECTROLYTE SOLUTIONS; ELECTROCHEMICAL STUDIES; HETEROGENEOUS ENVIRONMENTS; METAL OXIDE SEMICONDUCTOR; PHOTO-INDUCED ELECTRON TRANSFER; SEMI-CONDUCTOR SURFACES; TIME-RESOLVED LUMINESCENCE; TRANSIENT ABSORPTION SPECTROSCOPIES;

ELECTROCATALYSTS; MOS DEVICES; NICKEL;

QUENCHING;

DYE; ELECTROLYTE; HYDROGEN; METAL OXIDE; PHOSPHONIC ACID DERIVATIVE; RUTHENIUM DERIVATIVE; WATER;

ABSORPTION SPECTROSCOPY; AQUEOUS SOLUTION; ARTICLE; CATALYST; CONTROLLED STUDY; ELECTRON TRANSPORT; IMMOBILIZATION; KINETICS; LIGHT; PH; PHOTOCATALYSIS; PHOTOLUMINESCENCE; QUANTUM YIELD; SEMICONDUCTOR; SOLUBILITY; SURFACE PROPERTY; TIME;

EID: 84892152367     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja410592d     Document Type: Article

References (97)

1. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 15729-15735
2. Youngblood, W. J.; Lee, S.-H. A.; Maeda, K.; Mallouk, T. E. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1966-1973
3. Tran, P. D.; Wong, L. H.; Barber, J.; Loo, J. S. C. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5902-5918
4. Wang, M.; Sun, L. ChemSusChem 2010, 3, 551-554
5. Luo, S.-P.; Mejía, E.; Friedrich, A.; Pazidis, A.; Junge, H.; Surkus, A.-E.; Jackstell, R.; Denurra, S.; Gladiali, S.; Lochbrunner, S.; Beller, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 419-423
6. Vrubel, H.; Hu, X. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 12703-12706
7. Wang, X.; Xu, Q.; Li, M.; Shen, S.; Wang, X.; Wang, Y.; Feng, Z.; Shi, J.; Han, H.; Li, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 13089-13092
8. Fisher, B. J.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 7361-7363
9. Krishnan, C. V.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 2141-2142
10. Kellett, R. M.; Spiro, T. G. Inorg. Chem. 1985, 24, 2373-2377
11. Hu, X.; Cossairt, B. M.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S.; Peters, J. C. Chem. Commun. 2005, 4723-4725
12. Jacques, P.-A.; Artero, V.; Pecaut, J.; Fontecave, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 20627-20632
13. Dempsey, J. L.; Brunschwig, B. S.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1995-2004
14. Artero, V.; Chavarot-Kerlidou, M.; Fontecave, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7238-7266
15. Peuntinger, K.; Lazarides, T.; Dafnomili, D.; Charalambidis, G.; Landrou, G.; Kahnt, A.; Sabatini, R. P.; McCamant, D. W.; Gryko, D. T.; Coutsolelos, A. G.; Guldi, D. M. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 1647-1655
16. Na, Y.; Wang, M.; Pan, J.; Zhang, P.; Åkermark, B.; Sun, L. Inorg. Chem. 2008, 47, 2805-2810
17. Kaur-Ghumaan, S.; Schwartz, L.; Lomoth, R.; Stein, M.; Ott, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 8033-8036
18. Streich, D.; Astuti, Y.; Orlandi, M.; Schwartz, L.; Lomoth, R.; Hammarström, L.; Ott, S. Chem. Eur. J. 2010, 16, 60-63
19. Rose, M. J.; Gray, H. B.; Winkler, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8310-8313
20. Li, X.; Wang, M.; Zheng, D.; Han, K.; Dong, J.; Sun, L. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8220-8224
21. Collin, J. P.; Jouaiti, A.; Sauvage, J.-P. Inorg. Chem. 1988, 27, 1986-1990
22. Wilson, A. D.; Newell, R. H.; McNevin, M. J.; Muckerman, J. T.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 358-366
23. Helm, M. L.; Stewart, M. P.; Bullock, R. M.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. Science 2011, 333, 863-866
24. Yang, J. Y.; Bullock, R. M.; Shaw, W. J.; Twamley, B.; Fraze, K.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5935-5945
25. Le Goff, A.; Artero, V.; Jousselme, B.; Tran, P. D.; Guillet, N.; Métayé, R.; Fihri, A.; Palacin, S.; Fontecave, M. Science 2009, 326, 1384-1387
26. Zhang, W.; Hong, J.; Zheng, J.; Huang, Z.; Zhou, J.; Xu, R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 20680-20683
27. McLaughlin, M. P.; McCormick, T. M.; Eisenberg, R.; Holland, P. L. Chem. Commun. 2011, 47, 7989-7991
28. Han, Z.; McNamara, W. R.; Eum, M.-S.; Holland, P. L.; Eisenberg, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1667-1670
29. Han, Z.; Shen, L.; Brennessel, W. W.; Holland, P. L.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14659-14669
30. Esposito, D. V.; Hunt, S. T.; Stottlemyer, A. L.; Dobson, K. D.; McCandless, B. E.; Birkmire, R. W.; Chen, J. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 9859-9862
31. Kirch, M.; Lehn, J.-M.; Sauvage, J.-P. Helv. Chim. Acta 1979, 62, 1345-1384
32. Sakai, T.; Mersch, D.; Reisner, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 12313-12316
33. Reisner, E. Eur. J. Inorg. Chem. 2011, 1005-1016
34. Reisner, E.; Powell, D. J.; Cavazza, C.; Fontecilla-Camps, J. C.; Armstrong, F. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18457-18466
35. Tran, P. D.; Barber, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 13772-13784
36. Stiebritz, M. T.; Reiher, M. Chem. Sci. 2012, 3, 1739-1751
37. Armstrong, F. A.; Hirst, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 14049-14054
38. Kilgore, U. J.; Roberts, J. A. S.; Pool, D. H.; Appel, A. M.; Stewart, M. P.; DuBois, M. R.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; Bullock, R. M.; DuBois, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5861-5872
39. Kilgore, U. J.; Stewart, M. P.; Helm, M. L.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. Inorg. Chem. 2011, 50, 10908-10918
40. Jain, A.; Lense, S.; Linehan, J. C.; Raugei, S.; Cho, H.; DuBois, D. L.; Shaw, W. J. Inorg. Chem. 2011, 50, 4073-4085
41. Wilson, A. D.; Shoemaker, R. K.; Miedaner, A.; Muckerman, J. T.; DuBois, D. L.; DuBois, M. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 6951-6956
42. Wiedner, E. S.; Yang, J. Y.; Chen, S.; Raugei, S.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; Helm, M. L.; Bullock, R. M.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. Organometallics 2012, 31, 144-156
43. Horvath, S.; Fernandez, L. E.; Soudackov, A. V.; Hammes-Schiffer, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 15663-15668
44. Small, Y. A.; DuBois, D. L.; Fujita, E.; Muckerman, J. T. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3008-3020
45. Stewart, M. P.; Ho, M.-H.; Wiese, S.; Lindstrom, M. L.; Thogerson, C. E.; Raugei, S.; Bullock, R. M.; Helm, M. L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6033-6046
46. Tran, P. D.; Le Goff, A.; Heidkamp, J.; Jousselme, B.; Guillet, N.; Palacin, S.; Dau, H.; Fontecave, M.; Artero, V. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 1371-1374
47. McKone, J. R.; Lewis, N. S.; Gray, H. B. Chem. Mater. 2013, 10.1021/cm4021518
48. Wang, F.; Wang, W.-G.; Wang, X.-J.; Wang, H.-Y.; Tung, C.-H.; Wu, L.-Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 3193-3197
49. Samuel, A. P. S.; Co, D. T.; Stern, C. L.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8813-8815
50. Nann, T.; Ibrahim, S. K.; Woi, P.-M.; Xu, S.; Ziegler, J.; Pickett, C. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 1574-1577
51. Andreiadis, E. S.; Chavarot-Kerlidou, M.; Fontecave, M.; Artero, V. Photochem. Photobiol. 2011, 87, 946-964
52. McNamara, W. R.; Han, Z.; Alperin, P. J.; Brennessel, W. W.; Holland, P. L.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15368-15371
53. Du, P.; Schneider, J.; Luo, G.; Brennessel, W. W.; Eisenberg, R. Inorg. Chem. 2009, 48, 4952-4962
54. Fihri, A.; Artero, V.; Razavet, M.; Baffert, C.; Leibl, W.; Fontecave, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 564-567
55. Wang, Z.-Y.; Rao, H.; Deng, M.-F.; Fan, Y.-T.; Hou, H.-W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 16665-16671
56. Lakadamyali, F.; Reynal, A.; Kato, M.; Durrant, J. R.; Reisner, E. Chem. Eur. J. 2012, 18, 15464-15475
57. Lakadamyali, F.; Kato, M.; Muresan, N. M.; Reisner, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9381-9384
58. Lakadamyali, F.; Kato, M.; Reisner, E. Faraday Discuss. 2012, 155, 191-205
59. Lakadamyali, F.; Reisner, E. Chem. Commun. 2011, 47, 1695-1697
60. Huang, J.; Mulfort, K. L.; Du, P.; Chen, L. X. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16472-16475
61. Natali, M.; Argazzi, R.; Chiorboli, C.; Iengo, E.; Scandola, F. Chem. Eur. J. 2013, 19, 9261-9271
62. McNamara, W. R.; Han, Z.; Yin, C.-J.; Brennessel, W. W.; Holland, P. L.; Eisenberg, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 15594-15599
63. Han, Z.; Qiu, F.; Eisenberg, R.; Holland, P. L.; Krauss, T. D. Science 2012, 338, 1321-1324
64. Wen, F.; Wang, X.; Huang, L.; Ma, G.; Yang, J.; Li, C. ChemSusChem 2012, 5, 849-853
65. Krawicz, A.; Yang, J.; Anzenberg, E.; Yano, J.; Sharp, I. D.; Moore, G. F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11861-11868
66. Gardner, J. M.; Beyler, M.; Karnahl, M.; Tschierlei, S.; Ott, S.; Hammarström, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19322-19325
67. Ji, Z.; He, M.; Huang, Z.; Ozkan, U.; Wu, Y. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11696-11699
68. Hoffert, W. A.; Roberts, J. A. S.; Bullock, R. M.; Helm, M. L. Chem. Commun. 2013, 49, 7767-7769
69. Silver, S. C.; Niklas, J.; Du, P.; Poluektov, O. G.; Tiede, D. M.; Utschig, L. M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13246-13249
70. Moore, G. F.; Sharp, I. D. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 568-572
71. Queffélec, C.; Petit, M.; Janvier, P.; Knight, D. A.; Bujoli, B. Chem. Rev. 2012, 112, 3777-3807
72. Wasielewski, M. R. Chem. Rev. 1992, 92, 435-461
73. Li, X.; Wang, M.; Zhang, S.; Pan, J.; Na, Y.; Liu, J.; Åkermark, B. r.; Sun, L. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8198-8202
74. Ito, S.; Murakami, T. N.; Comte, P.; Liska, P.; Grätzel, C.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Thin Solid Films 2008, 516, 4613-4619
75. Gillaizeau-Gauthier, I.; Odobel, F.; Alebbi, M.; Argazzi, R.; Costa, E.; Bignozzi, C. A.; Qu, P.; Meyer, G. J. Inorg. Chem. 2001, 40, 6073-6079
76. Fulmer, G. R.; Miller, A. J. M.; Sherden, N. H.; Gottlieb, H. E.; Nudelman, A.; Stoltz, B. M.; Bercaw, J. E.; Goldberg, K. I. Organometallics 2010, 29, 2176-2179
77. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2 nd ed.; Wiley: New York, 2001.
78. Muresan, N. M.; Willkomm, J.; Mersch, D.; Vaynzof, Y.; Reisner, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 12749-12753
79. Espinosa, S.; Bosch, E.; Rosés, M. Anal. Chem. 2000, 72, 5193-5200
80. Brennaman, M. K.; Patrocinio, A. O. T.; Song, W.; Jurss, J. W.; Concepcion, J. J.; Hoertz, P. G.; Traub, M. C.; Murakami Iha, N. Y.; Meyer, T. J. ChemSusChem 2011, 4, 216-227
81. Giokas, P. G.; Miller, S. A.; Hanson, K.; Norris, M. R.; Glasson, C. R. K.; Concepcion, J. J.; Bettis, S. E.; Meyer, T. J.; Moran, A. M. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 812-824
82. Borsook, H.; Keighley, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1933, 19, 875-878
83. Balzani, V.; Bergamini, G.; Marchioni, F.; Ceroni, P. Coord. Chem. Rev. 2006, 250, 1254-1266
84. Park, H.; Bae, E.; Lee, J.-J.; Park, J.; Choi, W. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8740-8749
85. Xu, Y.; Schoonen, M. A. A. Am. Mineral. 2000, 85, 543-556
86. Rothenberger, G.; Fitzmaurice, D.; Graetzel, M. J. Phys. Chem. 1992, 96, 5983-5986
87. Bolts, J. M.; Wrighton, M. S. J. Phys. Chem. 1976, 80, 2641-2645
88. Sayama, K.; Arakawa, H. J. Phys. Chem. 1993, 97, 531-533
89. Lemon, B. I.; Liu, F.; Hupp, J. T. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1225-1230
90. Macartney, D. H.; Sutin, N. Inorg. Chim. Acta 1983, 74, 221-228
91. Brown, G. M.; Brunschwig, B. S.; Creutz, C.; Endicott, J. F.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 1298-1300
92. Sun, H.; Hoffman, M. Z. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11719-11726
93. Creutz, C.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 6384-6385
94. Sun, Y.; Sun, J.; Long, J. R.; Yang, P.; Chang, C. J. Chem. Sci. 2013, 4, 118-124
95. Dong, J.; Wang, M.; Li, X.; Chen, L.; He, Y.; Sun, L. ChemSusChem 2012, 5, 2133-2138
96. Reynal, A.; Lakadamyali, F.; Gross, M. A.; Reisner, E.; Durrant, J. R. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3291-3300
97. Xagas, A. P.; Bernard, M. C.; Hugot-Le Goff, A.; Spyrellis, N.; Loizos, Z.; Falaras, P. J. Photochem. Photobiol. A 2000, 132, 115-120