Radical O-O coupling reaction in diferrate-mediated water oxidation studied using multireference wave function theory

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 16, Issue 24, 2014, Pages 11988-11999

  Kurashige, Yuki ^a,b   Saitow, Masaaki ^b   Chalupský, Jakub ^a   Yanai, Takeshi ^a,b  

^a INSTITUTE FOR MOLECULAR SCIENCE   (Japan)

^b GRADUATE UNIVERSITY FOR ADVANCED STUDIES   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

IRON DERIVATIVE; OXYGEN; POTASSIUM DERIVATIVE; POTASSIUM FERRATE; WATER;

CHEMISTRY; KINETICS; OXIDATION REDUCTION REACTION;

IRON COMPOUNDS; KINETICS; OXIDATION-REDUCTION; OXYGEN; POTASSIUM COMPOUNDS; WATER;

EID: 84901787138     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3cp55225j     Document Type: Article

References (124)

1. Y. Umena K. Kawakami J.-R. Shen N. Kamiya Nature 2011 473 U55 U65
2. W. Lubitz E. J. Reijerse J. Messinger Energy Environ. Sci. 2008 1 15 31
3. X. Li G. Chen S. Schinzel P. E. M. Siegbahn Dalton Trans. 2011 40 11296 11307
4. Q. Yin J. M. Tan C. Besson Y. V. Geletii D. G. Musaev A. E. Kuznetsov Z. Luo K. I. Hardcastle C. L. Hill Science 2010 328 342 345
5. S. W. Gersten G. J. Samuels T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 1982 104 4029 4030
6. L. Duan F. Bozoglian S. Mandal B. Stewart T. Privalov A. Llobet L. Sun Nat. Chem. 2012 4 418 423
7. R. K. Hocking R. Brimblecombe L.-Y. Chang A. Singh M. H. Cheah C. Glover W. H. Casey L. Spiccia Nat. Chem. 2011 3 461 466
8. D. Wang J. T. Groves Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 15579 15584
9. R. Sarma A. M. Angeles-Boza D. W. Brinkley J. P. Roth J. Am. Chem. Soc. 2012 134 15371 15386
10. X. Yang M.-H. Baik J. Am. Chem. Soc. 2006 128 7476 7485
11. X. Yang M.-H. Baik J. Am. Chem. Soc. 2008 130 16231 16240
12. X. Liu F. Wang Coord. Chem. Rev. 2012 256 1115 1136
13. G. C. Dismukes R. Brimblecombe G. A. Felton R. S. Pryadun J. E. Sheats L. Spiccia G. F. Swiegers Acc. Chem. Res. 2009 42 1935 1943
14. F. Bozoglian S. Romain M. Z. Ertem T. K. Todorova C. Sens J. Mola M. Rodriguez I. Romero J. Benet-Buchholz X. Fontrodona et al. J. Am. Chem. Soc. 2009 131 15176 15187
15. X. Sala M. Z. Ertem L. Vigara T. K. Todorova W. Chen R. C. Rocha F. Aquilante C. J. Cramer L. Gagliardi A. Llobet Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 7745 7747
16. A. E. Clark and J. K. Hurst, Progress in Inorganic Chemistry, John Wiley & Sons, Inc., 2011, pp. 1-54
17. L.-P. Wang Q. Wu T. Van Voorhis Inorg. Chem. 2010 49 4543 4553
18. L.-P. Wang T. Van Voorhis J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 2200 2204
19. E. M. Sproviero J. A. Gascón J. P. McEvoy G. W. Brudvig V. S. Batista Coord. Chem. Rev. 2008 252 395 415
20. K. Tanaka H. Isobe S. Yamanaka K. Yamaguchi Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 15600 15605
21. N. D. McDaniel F. J. Coughlin L. L. Tinker S. Bernhard J. Am. Chem. Soc. 2008 130 210 217
22. J. F. Hull D. Balcells J. D. Blakemore C. D. Incarvito O. Eisenstein G. W. Brudvig R. H. Crabtree J. Am. Chem. Soc. 2009 131 8730 8731
23. A. Savini G. Bellachioma G. Ciancaleoni C. Zuccaccia D. Zuccaccia A. Macchioni Chem. Commun. 2010 46 9218 9219
24. J. J. Concepcion J. W. Jurss M. K. Brennaman P. G. Hoertz A. O. T. Patrocinio N. Y. Murakami Iha J. L. Templeton T. J. Meyer Acc. Chem. Res. 2009 42 1954 1965
25. H.-W. Tseng R. Zong J. T. Muckerman R. Thummel Inorg. Chem. 2008 47 11763 11773
26. S. Masaoka K. Sakai Chem. Lett. 2009 38 182 183
27. T. Wada K. Tsuge K. Tanaka Angew. Chem., Int. Ed. 2000 39 1479 1482
28. J. A. Gilbert D. S. Eggleston W. R. Murphy Jr. D. A. Geselowitz S. W. Gersten D. J. Hodgson T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 1985 107 3855 3864
29. C. Sens I. Romero M. Rodríguez A. Llobet T. Parella J. Benet-Buchholz J. Am. Chem. Soc. 2004 126 7798 7799
30. R. Zong R. P. Thummel J. Am. Chem. Soc. 2005 127 12802 12803
31. R. Brimblecombe G. F. Swiegers G. C. Dismukes L. Spiccia Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 7335 7338
32. A. Sartorel M. Carraro G. Scorrano R. D. Zorzi S. Geremia N. D. McDaniel S. Bernhard M. Bonchio J. Am. Chem. Soc. 2008 130 5006 5007
33. A. Fujishima K. Honda Nature 1972 238 37 38
34. Z. Zou J. Ye K. Sayama H. Arakawa Nature 2001 414 625 627
35. H. Yamazaki A. Shouji M. Kajita M. Yagi Coord. Chem. Rev. 2010 254 2483 2491
36. P. Du R. Eisenberg Energy Environ. Sci. 2012 5 6012 6021
37. M. W. Kanan D. G. Nocera Science 2008 321 1072 1075
38. D. Shevchenko M. F. Anderlund A. Thapper S. Styring Energy Environ. Sci. 2011 4 1284 1287
39. W. C. Ellis N. D. McDaniel S. Bernhard T. J. Collins J. Am. Chem. Soc. 2010 132 10990 10991
40. J. L. Fillol Z. Codolà I. Garcia-Bosch L. Gómez J. J. Pla M. Costas Nat. Chem. 2011 3 807 813
41. S. M. Barnett K. I. Goldberg J. M. Mayer Nat. Chem. 2012 4 498 502
42. E. E. Kasapbasi M.-H. Whangbo Inorg. Chem. 2012 51 10850 10855
43. M. Z. Ertem L. Gagliardi C. J. Cramer Chem. Sci. 2012 3 1293 1299
44. G. Chen L. Chen S.-M. Ng W.-L. Man T.-C. Lau Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 1789 1791
45. R.-Z. Liao X.-C. Li P. E. M. Siegbahn Eur. J. Inorg. Chem. 2014 728 741 10.1002/ejic.201300710
46. J. Messinger J. H. Robblee U. Bergmann C. Fernandez P. Glatzel H. Visser J. Am. Chem. Soc. 2001 123 7804 7820
47. L. V. Kulik B. Epel W. Lubitz J. Messinger J. Am. Chem. Soc. 2007 129 13421 13435
48. J. Yano V. K. Yachandra Photosynth. Res. 2007 92 289 303
49. K. Sauer J. Yano V. K. Yachandra Coord. Chem. Rev. 2008 252 318 335
50. J. Yano V. K. Yachandra Inorg. Chem. 2008 47 1711 1726
51. Y. Pushkar J. Yano K. Sauer A. Boussac V. K. Yachandra Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 1879 1884
52. H. Nagashima H. Mino Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2013 1827 1165 1173
53. M. Asada H. Nagashima F. H. M. Koua J.-R. Shen A. Kawamori H. Mino Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2013 1827 438 445
54. T. Noguchi Biomed. Spectrosc. Imaging 2013 2 115 128
55. T. Noguchi Coord. Chem. Rev. 2008 252 336 346
56. P. E. M. Siegbahn ChemPhysChem 2011 12 3274 3280
57. P. E. Siegbahn Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 4849 4856
58. S. Luber I. Rivalta Y. Umena K. Kawakami J.-R. Shen N. Kamiya G. W. Brudvig V. S. Batista Biochemistry 2011 50 6308 6311
59. M. Shoji H. Isobe S. Yamanaka Y. Umena K. Kawakami N. Kamiya J.-R. Shen K. Yamaguchi Catal. Sci. Technol. 2013 3 1831 1848
60. W. Ames D. A. Pantazis V. Krewald N. Cox J. Messinger W. Lubitz F. Neese J. Am. Chem. Soc. 2011 133 19743 19757
61. D. A. Pantazis W. Ames N. Cox W. Lubitz F. Neese Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 9942
62. Y. Kurashige G. K.-L. Chan T. Yanai Nat. Chem. 2013 5 660 666
63. S. R. White Phys. Rev. Lett. 1992 69 2863
64. S. R. White Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993 48 10345
65. S. R. White R. L. Martin J. Chem. Phys. 1999 110 4127
66. A. O. Mitrushenkov G. Fano F. Ortolani R. Linguerri P. Palmieri J. Chem. Phys. 2001 115 6815
67. G.-L. Chan M. Head-Gordon J. Chem. Phys. 2002 116 4462
68. G. K.-L. Chan M. Head-Gordon J. Chem. Phys. 2003 118 8551
69. K. H. Marti I. M. Ondík G. Moritz M. Reiher J. Chem. Phys. 2008 128 014104
70. D. Zgid M. Nooijen J. Chem. Phys. 2008 128 014107
71. G.-L. Chan, J. Dorando, D. Ghosh, J. Hachmann, E. Neuscamman, H. Wang and T. Yanai, Frontiers in Quantum Systems in Chemistry and Physics, Springer Netherlands, 2008, vol. 18, pp. 49-65
72. Y. Kurashige T. Yanai J. Chem. Phys. 2009 130 234114
73. G.-L. Chan D. Zgid Annu. Rep. Comput. Chem. 2009 5 149
74. G. K.-L. Chan S. Sharma Annu. Rev. Phys. Chem. 2011 62 465
75. S. Sharma G. K.-L. Chan J. Chem. Phys. 2012 136 124121
76. D. Ghosh J. Hachmann T. Yanai G. K.-L. Chan J. Chem. Phys. 2008 128 144117
77. D. Zgid M. Nooijen J. Chem. Phys. 2008 128 144115
78. T. Yanai Y. Kurashige D. Ghosh G. K.-L. Chan Int. J. Quantum Chem. 2009 109 2178
79. B. O. Roos P. R. Taylor P. E. M. Siegbahn Chem. Phys. 1987 48 157
80. B. O. Roos Adv. Chem. Phys. 1987 69 399
81. J. Yano J. Kern K.-D. Irrgang M. J. Latimer U. Bergmann P. Glatzel Y. Pushkar J. Biesiadka B. Loll K. Sauer J. Messinger A. Zouni V. K. Yachandra Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 12047 12052
82. A. M. Angeles-Boza J. P. Roth Inorg. Chem. 2012 51 4722 4729
83. P. E. M. Siegbahn R. H. Crabtree J. Am. Chem. Soc. 1999 121 117 127
84. M. Lundberg P. E. M. Siegbahn Chem. Phys. Lett. 2005 401 347 351
85. S. Shaik S. Cohen Y. Wang H. Chen D. Kumar W. Thiel Chem. Rev. 2009 110 949 1017
86. S. Shaik H. Chen D. Janardanan Nat. Chem. 2010 3 19 27
87. S. Shaik H. Chen J. Biol. Inorg. Chem. 2011 16 841 855
88. M. Radoń E. Broclawik K. Pierloot J. Chem. Theory Comput. 2011 7 898 908
89. M. Srnec S. D. Wong J. England L. Que E. I. Solomon Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 14326 14331
90. S. D. Wong M. Srnec M. L. Matthews L. V. Liu Y. Kwak K. Park C. B. Bell III E. E. Alp J. Zhao Y. Yoda et al. Nature 2013 499 320 323
91. E. I. Solomon K. M. Light L. V. Liu M. Srnec S. D. Wong Acc. Chem. Res. 2013 46 2725 2739
92. K. Andersson P.-Å. Malmqvist B. O. Roos A. J. Sadlej K. Wolinski J. Phys. Chem. 1990 94 5483
93. K. Andersson P.-Å. Malmqvist B. O. Roos J. Chem. Phys. 1992 96 1218
94. H.-J. Werner E. A. Reinsch J. Chem. Phys. 1982 76 3144
95. P. E. M. Siegbahn M. Svensson Int. J. Quantum Chem. 1992 41 153
96. Y. Kurashige T. Yanai J. Chem. Phys. 2011 135 094104
97. Y. Kurashige Mol. Phys. 10.1080/00268976.2013.843730
98. M. Saitow Y. Kurashige T. Yanai J. Chem. Phys. 2013 139 044118
99. P. E. M. Siegbahn M. R. A. Blomberg Chem. Rev. 2000 100 421 438
100. S. Yan D. A. Huse S. R. White Science 2011 332 1173 1176
101. T. Yanai Y. Kurashige E. Neuscamman G. K.-L. Chan J. Chem. Phys. 2010 132 024105
102. J. Pipek P. G. Mezey J. Chem. Phys. 1989 90 4919
103. H.-J. Werner P. J. Knowles J. Chem. Phys. 1988 89 5803
104. K. R. Shamasundar G. Knizia H.-J. Werner J. Chem. Phys. 2011 135 054101
105. E. Neuscamman T. Yanai G. K.-L. Chan J. Chem. Phys. 2010 132 024106
106. S. R. Langnoff E. R. Davidson Int. J. Quantum Chem. 1974 8 61
107. E. R. Davidson D. W. Silver Chem. Phys. Lett. 1977 52 403
108. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr. , J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, Ö. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski and D. J. Fox, Gaussian 09 Revision C.1, Gaussian Inc., Wallingford CT, 2009
109. F. Weigend R. Ahlrichs Phys. Chem. Chem. Phys. 2005 7 3297 3305
110. A. D. Becke J. Chem. Phys. 1993 98 5648
111. J. Tao J. P. Perdew V. N. Staroverov G. E. Scuseria Phys. Rev. Lett. 2003 91 146401
112. T. Yanai D. P. Tew N. C. Handy Chem. Phys. Lett. 2004 393 51 57
113. A. D. Becke Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1988 38 3098
114. J. P. Perdew Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1986 33 8822
115. S. Grimme J. Comput. Chem. 2006 27 1787 1799
116. P. Widmark P.-Å. Malmqvist B. O. Roos Theor. Chim. Acta 1990 77 291
117. M. Douglas N. M. Kroll Ann. Phys. 1974 82 89 155
118. B. A. Heß Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1986 33 3742 3748
119. G. Jansen B. A. Heß Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1989 39 6016 6017
120. L. Bytautas J. Ivanic K. Ruedenberg J. Chem. Phys. 2003 119 8217
121. G. Ghigo B. O. Roos P.-Å. Malmqvist Chem. Phys. Lett. 2004 396 142
122. W. Kutzelnigg D. Mukherjee J. Chem. Phys. 1997 107 432
123. H.-J. Werner P. J. Knowles G. Knizia F. R. Manby M. Schütz Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. 2012 2 242
124. G. Karlström R. Lindh P.-Å. Malmqvist B. O. Roos U. Ryde V. Veryazov P.-O. Widmark M. Cossi B. Schimmelpfennig P. Neogrády L. Seijo Comput. Mater. Sci. 2003 28 222 239