Electron transfer kinetics in CdS nanorod-[FeFe]-hydrogenase complexes and implications for photochemical H2 generation

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 11, 2014, Pages 4316-4324

  Wilker, Molly B ^a   Shinopoulos, Katherine E ^a   Brown, Katherine A ^b   Mulder, David W ^b   King, Paul W ^b   Dukovic, Gordana ^a  

^a UNIVERSITY OF COLORADO   (United States)

^b NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTRON INJECTION; ELECTRON TRANSITIONS; KINETICS; NANORODS; QUANTUM EFFICIENCY; QUANTUM YIELD; RATE CONSTANTS; SPECTROSCOPIC ANALYSIS; SULFUR;

CLOSTRIDIUM ACETOBUTYLICUM; ELECTRON TRANSFER KINETICS; IRON-SULFUR CLUSTERS; PHOTOCHEMICAL REACTIVITY; PRODUCTION EFFICIENCY; STRUCTURAL MODIFICATIONS; TIME-RESOLVED SPECTROSCOPIC STUDIES; TRANSIENT ABSORPTION SPECTROSCOPIES;

CADMIUM SULFIDE;

HYDROGENASE; IRON; NANOCRYSTAL; NANOROD; SULFUR;

ABSORPTION SPECTROSCOPY; ARTICLE; CLOSTRIDIUM ACETOBUTYLICUM; ELECTRON TRANSPORT; KINETICS; PHOTOCHEMISTRY; QUANTUM YIELD; SPECTROSCOPY;

CADMIUM COMPOUNDS; CLOSTRIDIUM ACETOBUTYLICUM; ELECTRON TRANSPORT; HYDROGEN; HYDROGENASE; IRON-SULFUR PROTEINS; KINETICS; NANOTUBES; PHOTOCHEMICAL PROCESSES; SULFIDES;

EID: 84896537184     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja413001p     Document Type: Article

References (97)

1. Yin, Y.; Alivisatos, A. P. Nature 2005, 437, 664
2. Burda, C.; Chen, X. B.; Narayanan, R.; El-Sayed, M. A. Chem. Rev. 2005, 105, 1025
3. Bawendi, M. G.; Steigerwald, M. L.; Brus, L. E. Annu. Rev. Phys. Chem. 1990, 41, 477
4. Cozzoli, P. D.; Pellegrino, T.; Manna, L. Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 1195
5. Brus, L. J. Phys. Chem. 1986, 90, 2555
6. Talapin, D. V.; Lee, J. S.; Kovalenko, M. V.; Shevchenko, E. V. Chem. Rev. 2010, 110, 389
7. Wilker, M. B.; Schnitzenbaumer, K. J.; Dukovic, G. Isr. J. Chem. 2012, 52, 1002
8. Chen, X. B.; Shen, S. H.; Guo, L. J.; Mao, S. S. Chem. Rev. 2010, 110, 6503
9. Acharya, K. P.; Khnayzer, R. S.; O'Connor, T.; Diederich, G.; Kirsanova, M.; Klinkova, A.; Roth, D.; Kinder, E.; Imboden, M.; Zamkov, M. Nano Lett. 2011, 11, 2919
10. Amirav, L.; Alivisatos, A. P. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 1051
11. Berr, M.; Vaneski, A.; Susha, A. S.; Rodriguez-Fernandez, J.; Doblinger, M.; Jackel, F.; Rogach, A. L.; Feldmann, J. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 093108
12. Shemesh, Y.; Macdonald, J. E.; Menagen, G.; Banin, U. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 1185
13. Zhu, H.; Song, N.; Lv, H.; Hill, C. L.; Lian, T. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11701
14. Bang, J. U.; Lee, S. J.; Jang, J. S.; Choi, W.; Song, H. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 3781
15. Vaneski, A.; Susha, A. S.; Rodriguez-Fernandez, J.; Berr, M.; Jackel, F.; Feldmann, J.; Rogach, A. L. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1547
16. Das, A.; Han, Z. J.; Haghighi, M. G.; Eisenberg, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 16716
17. Han, Z.; Qiu, F.; Eisenberg, R.; Holland, P. L.; Krauss, T. D. Science 2012, 338, 1321
18. Brown, K. A.; Dayal, S.; Ai, X.; Rumbles, G.; King, P. W. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9672
19. Brown, K. A.; Wilker, M. B.; Boehm, M.; Dukovic, G.; King, P. W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5627
20. Greene, B. L.; Joseph, C. A.; Maroney, M. J.; Dyer, R. B. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11108
21. Reisner, E.; Powell, D. J.; Cavazza, C.; Fontecilla-Camps, J. C.; Armstrong, F. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18457
22. Reisner, E.; Fontecilla-Camps, J. C.; Armstrong, F. A. Chem. Commun. 2009, 550
23. Wang, F.; Wang, W. G.; Wang, X. J.; Wang, H. Y.; Tung, C. H.; Wu, L. Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 3193
24. Wang, F.; Wang, W. G.; Wang, H. Y.; Si, G.; Tung, C. H.; Wu, L. Z. ACS Catal. 2012, 2, 407
25. Li, C. B.; Li, Z. J.; Yu, S.; Wang, G. X.; Wang, F.; Meng, Q. Y.; Chen, B.; Feng, K.; Tung, C. H.; Wu, L. Z. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2597
26. Wen, F.; Li, C. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2355
27. Armstrong, F. A.; Hirst, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 14049
28. Fontecilla-Camps, J. C.; Volbeda, A.; Cavazza, C.; Nicolet, Y. Chem. Rev. 2007, 107, 5411
29. De Lacey, A. L.; Fernandez, V. M.; Rousset, M.; Cammack, R. Chem. Rev. 2007, 107, 4304
30. Tard, C.; Pickett, C. J. Chem. Rev. 2009, 109, 2245
31. Siegbahn, P. E. M.; Tye, J. W.; Hall, M. B. Chem. Rev. 2007, 107, 4414
32. English, C. M.; Eckert, C.; Brown, K.; Seibert, M.; King, P. W. Dalton Trans. 2009, 9970
33. Adams, M. W. W. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1990, 1020, 115
34. Peters, J. W. Curr. Opin. Struct. Biol. 1999, 9, 670
35. Baffert, C.; Sybirna, K.; Ezanno, P.; Lautier, T.; Hajj, V.; Meynial-Salles, I.; Soucaille, P.; Bottin, H.; Leger, C. Anal. Chem. 2012, 84, 7999
36. Demuez, M.; Cournac, L.; Guerrini, O.; Soucaille, P.; Girbal, L. FEMS Microbiol. Lett. 2007, 275, 113
37. Benemann, J. R.; Berenson, J. A.; Kaplan, N. O.; Kamen, M. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1973, 70, 2317
38. Peters, J. W.; Lanzilotta, W. N.; Lemon, B. J.; Seefeldt, L. C. Science 1998, 282, 1853
39. Hexter, S. V.; Grey, F.; Happe, T.; Climent, V.; Armstrong, F. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 11516
40. Vincent, K. A.; Parkin, A.; Armstrong, F. A. Chem. Rev. 2007, 107, 4366
41. Capon, J. F.; Gloaguen, F.; Petillon, F. Y.; Schollhammer, P.; Talarmin, J. Coord. Chem. Rev. 2009, 253, 1476
42. Mulder, D. W.; Ratzloff, M. W.; Shepard, E. M.; Byer, A. S.; Noone, S. M.; Peters, J. W.; Broderick, J. B.; King, P. W. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6921
43. Barton, B. E.; Rauchfuss, T. B. Inorg. Chem. 2008, 47, 2261
44. Madden, C.; Vaughn, M. D.; Díez-Pérez, I.; Brown, K. A.; King, P. W.; Gust, D.; Moore, A. L.; Moore, T. A. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1577
45. Warren, J. J.; Mayer, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7784
46. Greene, B. L.; Joseph, C. A.; Maroney, M. J.; Dyer, R. B. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11108
47. Tseng, H. W.; Wilker, M. B.; Damrauer, N. H.; Dukovic, G. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3383
48. Robinson, R. D.; Sadtler, B.; Demchenko, D. O.; Erdonmez, C. K.; Wang, L. W.; Alivisatos, A. P. Science 2007, 317, 355
49. Peng, P.; Sadtler, B.; Alivisatos, A. P.; Saykally, R. J. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 5879
50. Aldana, J.; Lavelle, N.; Wang, Y.; Peng, X. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2496
51. King, P. W.; Posewitz, M. C.; Ghirardi, M. L.; Seibert, M. J. Bacteriol. 2006, 188, 2163
52. Mulder, D. W.; Boyd, E. S.; Sarma, R.; Lange, R. K.; Endrizzi, J. A.; Broderick, J. B.; Peters, J. W. Nature 2010, 465, 248
53. Mulder, D. W.; Ortillo, D. O.; Gardenghi, D. J.; Naumov, A. V.; Ruebush, S. S.; Szilagyi, R. K.; Huynh, B. H.; Broderick, J. B.; Peters, J. W. Biochemistry 2009, 48, 6240
54. Fish, W. W. Methods Enzymol. 1988, 158, 357
55. Rasband, W. S. ImageJ; U.S. National Institutes of Health: Bethesda, MD, 1997-2012; http://imagej.nih.gov/ij/.
56. Klimov, V. I. Annu. Rev. Phys. Chem. 2007, 58, 635
57. Huang, J. E.; Huang, Z. Q.; Jin, S. Y.; Lian, T. Q. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 19734
58. Sykora, M.; Petruska, M. A.; Alstrum-Acevedo, J.; Bezel, I.; Meyer, T. J.; Klimov, V. I. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9984
59. Wu, K. F.; Zhu, H. M.; Liu, Z.; Rodriguez-Cordoba, W.; Lian, T. Q. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10337
60. Knowles, K. E.; McArthur, E. A.; Weiss, E. A. ACS Nano 2011, 5, 2026
61. Jones, M.; Scholes, G. D. J. Mater. Chem. 2010, 20, 3533
62. Zhu, H.; Song, N.; Lian, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8762
63. van Driel, A. F.; Nikolaev, I. S.; Vergeer, P.; Lodahl, P.; Vanmaekelbergh, D.; Vos, W. L. Phys. Rev. B 2007, 75, 035329
64. Wu, K.; Rodríguez-Córdoba, W. E.; Yang, Y.; Lian, T. Nano Lett. 2013, 13, 5255
65. Sadhu, S.; Patra, A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 16867
66. Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy; Springer: New York, 2006.
67. Berberan-Santos, M. N.; Bodunov, E. N.; Valeur, B. Chem. Phys. 2005, 315, 171
68. Adams, M. W.; Mortenson, L. E. J. Biol. Chem. 1984, 259, 7045
69. Thauer, R. K.; Kaufer, B.; Zahringe, M.; Jungerma, K. Eur. J. Biochem. 1974, 42, 447
70. Goldet, G.; Brandmayr, C.; Stripp, S. T.; Happe, T.; Cavazza, C.; Fontecilla-Camps, J. C.; Armstrong, F. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14979
71. Mulder, D. W.; Shepard, E. M.; Meuser, J. E.; Joshi, N.; King, P. W.; Posewitz, M. C.; Broderick, J. B.; Peters, J. W. Structure 2011, 19, 1038
72. Bennett, B.; Lemon, B. J.; Peters, J. W. Biochemistry 2000, 39, 7455
73. Lemon, B. J.; Peters, J. W. Biochemistry 1999, 38, 12969
74. Pershad, H. R.; Duff, J. L. C.; Heering, H. A.; Duin, E. C.; Albracht, S. P. J.; Armstrong, F. A. Biochemistry 1999, 38, 8992
75. Dibbell, R. S.; Watson, D. F. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3139
76. Tagliazucchi, M.; Tice, D. B.; Sweeney, C. M.; Morris-Cohen, A. J.; Weiss, E. A. ACS Nano 2011, 5, 9907
77. Lo, S. S.; Mirkovic, T.; Chuang, C. H.; Burda, C.; Scholes, G. D. Adv. Mater. 2011, 23, 180
78. Zhu, H. M.; Lian, T. Q. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9406
79. Pandey, A. S.; Harris, T. V.; Giles, L. J.; Peters, J. W.; Szilagyi, R. K. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4533
80. Adams, M. W. W. J. Biol. Chem. 1987, 262, 15054
81. Parkin, A.; Cavazza, C.; Fontecilla-Camps, J. C.; Armstrong, F. A. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16808
82. Cornish, A. J.; Gärtner, K.; Yang, H.; Peters, J. W.; Hegg, E. L. J. Biol. Chem. 2011, 286, 38341
83. Bertrand, P.; Dole, F.; Asso, M.; Guigliarelli, B. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 682
84. Abou Hamdan, A.; Dementin, S.; Liebgott, P. P.; Gutierrez-Sanz, O.; Richaud, P.; De Lacey, A. L.; Rousset, M.; Bertrand, P.; Cournac, L.; Leger, C. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9828
85. Cheah, M. H.; Tard, C.; Borg, S. J.; Liu, X.; Ibrahim, S. K.; Pickett, C. J.; Best, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11085
86. Chaudhary, Y. S.; Woolerton, T. W.; Allen, C. S.; Warner, J. H.; Pierce, E.; Ragsdale, S. W.; Armstrong, F. A. Chem. Commun. 2012, 48, 58
87. Berr, M. J.; Wagner, P.; Fischbach, S.; Vaneski, A.; Schneider, J.; Susha, A. S.; Rogach, A. L.; Jackel, F.; Feldmann, J. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 223903
88. Santangelo, J. D.; Dürre, P.; Woods, D. R. Microbiology 1995, 141, 171
89. Moser, C. C.; Keske, J. M.; Warncke, K.; Farid, R. S.; Dutton, P. L. Nature 1992, 355, 796
90. Gray, H. B.; Winkler, J. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 3534
91. Page, C. C.; Moser, C. C.; Chen, X. X.; Dutton, P. L. Nature 1999, 402, 47
92. Moser, C. C.; Page, C. C.; Dutton, P. L. Photochem. Photobiol. Sci. 2005, 4, 933
93. O'Connor, T.; Panov, M. S.; Mereshchenko, A.; Tarnovsky, A. N.; Lorek, R.; Perera, D.; Diederich, G.; Lambright, S.; Moroz, P.; Zamkov, M. ACS Nano 2012, 6, 8156
94. Berr, M. J.; Vaneski, A.; Mauser, C.; Fischbach, S.; Susha, A. S.; Rogach, A. L.; Jackel, F.; Feldmann, J. Small 2012, 8, 291
95. Lubner, C. E.; Grimme, R.; Bryant, D. A.; Golbeck, J. H. Biochemistry 2009, 49, 404
96. Lubner, C. E.; Applegate, A. M.; Knorzer, P.; Ganago, A.; Bryant, D. A.; Happe, T.; Golbeck, J. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 20988
97. Amirav, L.; Alivisatos, A. P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13049