Water oxidation catalysis by manganese oxides: Learning from evolution

Energy and Environmental Science

Volumn 7, Issue 7, 2014, Pages 2203-2212

  Wiechen, M ^a   Najafpour, M M ^b   Allakhverdiev, S I ^c,d   Spiccia, L ^a  

^a MONASH UNIVERSITY   (Australia)

^b INSTITUTE FOR ADVANCED STUDIES IN BASIC SCIENCES IASBS   (Iran)

^c TIMIRYAZEV INSTITUTE OF PLANT PHYSIOLOGY   (Russian Federation)

^d INSTITUTE OF BASIC BIOLOGICAL PROBLEMS   (Russian Federation)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOLOGY; CATALYSIS; CATALYST ACTIVITY; MANGANESE OXIDE; OXIDES; OXYGEN;

BIOLOGICAL OXIDATIONS; OXYGEN-EVOLVING COMPLEXES; PHOTO-ELECTROCHEMICAL DEVICE; SOLAR WATER SPLITTING; STRUCTURAL FEATURE; STRUCTURE , PROPERTIES; STRUCTURE-FUNCTION RELATIONSHIP; WATER OXIDATION CATALYSTS;

OXIDATION;

CATALYSIS; ELECTROCHEMISTRY; MANGANESE; OXIDATION; PHOTOSYNTHESIS;

EID: 84902976195     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c4ee00681j     Document Type: Review

References (140)

1. R. H. Holm P. Kennepohl E. I. Solomon Chem. Rev. 1996 96 2239
2. S. W. Ragsdale Chem. Rev. 2006 106 3317
3. K. N. Ferreira T. M. Iverson K. Maghlaoui J. Barber S. Iwata Science 2004 303 1831
4. Y. Umena K. Kawakami J.-R. Shen N. Kamiya Nature 2011 473 55
5. J. Barber Philos. Trans. R. Soc., A 2007 365 1007
6. J. Barber P. D. Tran J. R. Soc., Interface 2013 10 20120984
7. N. Cox D. A. Pantazis F. Neese W. Lubitz Acc. Chem. Res. 2013 46 1588
8. D. G. Nocera Acc. Chem. Res. 2012 45 767
9. N. Nelson A. Ben-Shem Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2004 5 971
10. H. Dau C. Limberg T. Reier M. Risch S. Roggan P. Strasser ChemCatChem 2010 2 724
11. H. Dau I. Zaharieva M. Haumann Curr. Opin. Chem. Biol. 2012 16 3
12. W. Lubitz E. J. Reijerse J. Messinger Energy Environ. Sci. 2008 1 15
13. C. W. Cady R. H. Crabtree G. W. Brudvig Coord. Chem. Rev. 2008 252 444
14. J. S. Kanady R. Tran J. A. Stull L. Lu T. A. Stich M. W. Day J. Yano R. D. Britt T. Agapie Chem. Sci. 2013 4 3986
15. J. S. Kanady E. Y. Tsui M. W. Day T. Agapie Science 2011 333 733
16. E. A. Karlsson B.-L. Lee T. Åkermark E. V. Johnston M. D. Kärkäs J. Sun Ö. Hansson J.-E. Bäckvall B. Åkermark Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 11715
17. S. Mukhopadhyay S. K. Mandal S. Bhaduri W. H. Armstrong Chem. Rev. 2004 104 3981
18. C. S. Mullins V. L. Pecoraro Coord. Chem. Rev. 2008 252 416
19. W. F. Ruettinger C. Campana G. C. Dismukes J. Am. Chem. Soc. 1997 119 6670
20. E. Y. Tsui J. S. Kanady T. Agapie Inorg. Chem. 2013 52 13833
21. M. Wiechen H.-M. Berends P. Kurz Dalton Trans. 2012 41 21
22. M. Yagi M. Kaneko Chem. Rev. 2001 101 21
23. J. Barber Chem. Soc. Rev. 2009 38 185
24. J. J. Concepcion R. L. House J. M. Papanikolas T. J. Meyer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 15560
25. T. Faunce S. Styring M. R. Wasielewski G. W. Brudvig A. W. Rutherford J. Messinger A. F. Lee C. L. Hill H. deGroot M. Fontecave D. R. MacFarlane B. Hankamer D. G. Nocera D. M. Tiede H. Dau W. Hillier L. Z. Wang R. Amal Energy Environ. Sci. 2013 6 1074
26. D. Gust T. A. Moore A. L. Moore Acc. Chem. Res. 2009 42 1890
27. C. Herrero A. Quaranta W. Leibl A. W. Rutherford A. Aukauloo Energy Environ. Sci. 2011 4 2353
28. K. S. Joya Y. F. Joya K. Ocakoglu R. van de Krol Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 10426
29. M. W. Kanan D. G. Nocera Science 2008 321 1072
30. M. D. Kärkäs E. V. Johnston O. Verho B. Åkermark Acc. Chem. Res. 2014 47 100
31. N. S. Lewis D. G. Nocera Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 15729
32. J. Messinger Aust. J. Chem. 2012 65 573
33. S. Styring Faraday Discuss. 2012 155 357
34. H. Dau M. Haumann Coord. Chem. Rev. 2008 252 273
35. J. P. McEvoy G. W. Brudvig Chem. Rev. 2006 106 4455
36. J. Messinger Phys. Chem. Chem. Phys. 2004 6 4764
37. J. Yano V. K. Yachandra Inorg. Chem. 2008 47 1711
38. H. Dau A. Grundmeier P. Loja M. Haumann Philos. Trans. R. Soc., B 2008 363 1237
39. P. E. M. Siegbahn Acc. Chem. Res. 2009 42 1871
40. 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
41. S. I. Allakhverdiev T. Tomo Y. Shimada H. Kindo R. Nagao V. V. Klimov M. Mimuro Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 3924
42. S. I. Allakhverdiev T. Tsuchiya K. Watabe A. Kojima D. A. Los T. Tomo V. V. Klimov M. Mimuro Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011 108 8054
43. J. W. Murray J. Barber J. Struct. Biol. 2007 159 228
44. N. Cox J. Messinger Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2013 1827 1020
45. H. Dau P. Liebisch M. Haumann Anal. Bioanal. Chem. 2003 376 562
46. M. Haumann C. Müller P. Liebisch L. Iuzzolino J. Dittmer M. Grabolle T. Neisius W. Meyer-Klaucke H. Dau Biochemistry 2005 44 1894
47. L. Iuzzolino J. Dittmer W. Dorner W. Meyer-Klaucke H. Dau Biochemistry 1998 37 17112
48. T. A. Ono T. Noguchi Y. Inoue M. Kusunoki T. Matsushita H. Oyanagi Science 1992 258 1335
49. W. C. Liang T. A. Roelofs R. M. Cinco A. Rompel M. J. Latimer W. O. Yu K. Sauer M. P. Klein V. K. Yachandra J. Am. Chem. Soc. 2000 122 3399
50. J. Messinger J. H. Robblee U. Bergmann C. Fernandez P. Glatzel H. Visser R. M. Cinco K. L. McFarlane E. Bellacchio S. A. Pizarro S. P. Cramer K. Sauer M. P. Klein V. K. Yachandra J. Am. Chem. Soc. 2001 123 7804
51. T. A. Roelofs W. Liang M. J. Latimer R. M. Cinco A. Rompel J. C. Andrews K. Sauer V. K. Yachandra M. P. Klein Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1996 93 3335
52. H. Dau M. Haumann Photosynth. Res. 2005 84 325
53. H. Dau M. Haumann Biochim. Biophys. Acta 2007 1767 472
54. A. Klauss M. Haumann H. Dau Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 16035
55. P. E. M. Siegbahn Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 4849
56. I. Zaharieva J. M. Wichmann H. Dau J. Biol. Chem. 2011 286 18222
57. P. E. M. Siegbahn Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2013 1827 1003
58. W. Ruettinger M. Yagi K. Wolf S. Bernasek G. C. Dismukes J. Am. Chem. Soc. 2000 122 10353
59. V. K. Yachandra K. Sauer M. P. Klein Chem. Rev. 1996 96 2927
60. V. L. Pecoraro M. J. Baldwin M. T. Caudle W. Y. Hsieh N. A. Law Pure Appl. Chem. 1998 70 925
61. J. P. McEvoy J. A. Gascon V. S. Batista G. W. Brudvig Photochem. Photobiol. Sci. 2005 4 940
62. J. S. Vrettos J. Limburg G. W. Brudvig Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2001 1503 229
63. H. Dau L. Iuzzolino J. Dittmer Biochim. Biophys. Acta 2001 1503 24
64. W. Hillier T. Wydrzynski Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2001 1503 197
65. J. Messinger M. Badger T. Wydrzynski Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1995 92 3209
66. A. Boussac A. W. Rutherford Biochemistry 1988 27 3476
67. A. Boussac J.-L. Zimmermann A. W. Rutherford FEBS Lett. 1990 277 69
68. A. Boussac J. L. Zimmermann A. W. Rutherford Biochemistry 1989 28 8984
69. D. F. Ghanotakis G. T. Babcock C. F. Yocum FEBS Lett. 1984 167 127
70. M. Miyao N. Murata FEBS Lett. 1984 168 118
71. T.-A. Ono Y. Inoue FEBS Lett. 1988 227 147
72. A. Boussac F. Rappaport P. Carrier J. M. Verbavatz R. Gobin D. Kirilovsky A. W. Rutherford M. Sugiura J. Biol. Chem. 2004 279 22809
73. T. Lohmiller N. Cox J.-H. Su J. Messinger W. Lubitz J. Biol. Chem. 2012 287 24721
74. J. P. McEvoy G. W. Brudvig Phys. Chem. Chem. Phys. 2004 6 4754
75. V. K. Yachandra J. Yano J. Photochem. Photobiol., B 2011 104 51
76. C. F. Yocum Coord. Chem. Rev. 2008 252 296
77. S. A. Cook A. S. Borovik Nat. Chem. 2013 5 259
78. M. M. Najafpour T. Ehrenberg M. Wiechen P. Kurz Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 2233
79. K. Sauer V. K. Yachandra Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002 99 8631
80. A. Schöler I. Zaharieva S. Zimmermann M. Wiechen A.-M. Manke P. Kurz C. Plieth H. Dau Eur. J. Inorg. Chem. 2014 4 780
81. I. Zaharieva M. M. Najafpour M. Wiechen M. Haumann P. Kurz H. Dau Energy Environ. Sci. 2011 4 2400
82. M. M. Najafpour A. N. Moghaddam S. I. Allakhverdiev Govindjee Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2012 1817 1110
83. M. M. Najafpour F. Rahimi E.-M. Aro C.-H. Lee S. I. Allakhverdiev J. R. Soc., Interface 2012 9 2383
84. V. Y. Shafirovich N. K. Khannanov A. E. Shilov J. Inorg. Biochem. 1981 15 113
85. M. M. Najafpour Dalton Trans. 2011 40 3793
86. D. Shevela S. Koroidov M. M. Najafpour J. Messinger P. Kurz Chem.-Eur. J. 2011 17 5415
87. M. Wiechen I. Zaharieva H. Dau P. Kurz Chem. Sci. 2012 3 2330
88. Y. Gorlin B. Lassalle-Kaiser J. D. Benck S. Gul S. M. Webb V. K. Yachandra J. Yano T. F. Jaramillo J. Am. Chem. Soc. 2013 135 8525
89. I. Zaharieva P. Chernev M. Risch K. Klingan M. Kohlhoff A. Fischer H. Dau Energy Environ. Sci. 2012 5 7081
90. T. Takashima K. Hashimoto R. Nakamura J. Am. Chem. Soc. 2011 134 1519
91. M. Fekete R. K. Hocking S. L. Y. Chang C. Italiano A. F. Patti F. Arena L. Spicci Energy Environ. Sci. 2013 6 2222
92. 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
93. A. Indra P. W. Menezes I. Zaharieva E. Baktash J. Pfrommer M. Schwarze H. Dau M. Driess Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 13206
94. M. M. Najafpour B. Haghighi D. J. Sedigh M. Z. Ghobadi Dalton Trans. 2013 42 16683
95. M. M. Najafpour D. J. Sedigh Dalton Trans. 2013 42 12173
96. A. Singh R. K. Hocking S. L. Y. Chang B. M. George M. Fehr K. Lips A. Schnegg L. Spiccia Chem. Mater. 2013 25 1098
97. F. Zhou A. Izgorodin R. K. Hocking L. Spiccia D. R. MacFarlane Adv. Energy Mater. 2012 2 1013
98. L. Alibabaei M. K. Brennaman M. R. Norris B. Kalanyan W. Song M. D. Losego J. J. Concepcion R. A. Binstead G. N. Parsons T. J. Meyer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 20008
99. V. Artero M. Chavarot-Kerlidou M. Fontecave Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 7238
100. R. Cao W. Z. Lai P. W. Du Energy Environ. Sci. 2012 5 8134
101. 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
102. J. J. Concepcion M.-K. Tsai J. T. Muckerman T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2010 132 1545
103. M. Dincǎ Y. Surendranath D. G. Nocera Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 10337
104. L. Duan L. Tong Y. Xu L. Sun Energy Environ. Sci. 2011 4 3296
105. L. Duan F. Bozoglian S. Mandal B. Stewart T. Privalov A. Llobet L. Sun Nat. Chem. 2012 4 418
106. Y. V. Geletii C. Besson Y. Hou Q. Yin D. G. Musaev D. Quiñonero R. Cao K. I. Hardcastle A. Proust P. Kögerler C. L. Hill J. Am. Chem. Soc. 2009 131 17360
107. S. W. Gersten G. J. Samuels T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 1982 104 4029
108. A. Harriman I. J. Pickering J. M. Thomas P. A. Christensen J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1988 84 2795
109. Y. Jiang F. Li F. Huang B. Zhang L. Sun Chin. J. Catal. 2013 34 1489
110. M. D. Kärkäs T. Åkermark E. V. Johnston S. R. Karim T. M. Laine B.-L. Lee T. Åkermark T. Privalov B. Åkermark Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 11589
111. B. Limburg E. Bouwman S. Bonnet Coord. Chem. Rev. 2012 256 1451
112. X. Liu F. Wang Coord. Chem. Rev. 2012 256 1115
113. M. Risch K. Klingan J. Heidkamp D. Ehrenberg P. Chernev I. Zaharieva H. Dau Chem. Commun. 2011 47 11912
114. M. Risch K. Klingan F. Ringleb P. Chernev I. Zaharieva A. Fischer H. Dau ChemSusChem 2012 5 542
115. S. Romain L. Vigara A. Llobet Acc. Chem. Res. 2009 42 1944
116. X. Sala, L. Escriche and A. Llobet, in Molecular Solar Fuels, The Royal Society of Chemistry, 2012, p. 273
117. A. Sartorel M. Bonchio S. Campagna F. Scandola Chem. Soc. Rev. 2013 42 2262
118. J. R. Swierk T. E. Mallouk Chem. Soc. Rev. 2013 42 2357
119. D. J. Wasylenko R. D. Palmer C. P. Berlinguette Chem. Commun. 2013 49 218
120. S. L. Y. Chang A. Singh R. K. Hocking C. Dwyer L. Spiccia J. Mater. Chem. A 2014 2 3730
121. I. Djerdj D. Arčon Z. Jagličić M. Niederberger J. Phys. Chem. C 2007 111 3614
122. A. C. Gaillot D. Flot V. A. Drits A. Manceau M. Burghammer B. Lanson Chem. Mater. 2003 15 4666
123. K. D. Kwon K. Refson G. Sposito Phys. Rev. Lett. 2008 100 146601
124. D. M. Robinson Y. B. Go M. Mui G. Gardner Z. Zhang D. Mastrogiovanni E. Garfunkel J. Li M. Greenblatt G. C. Dismukes J. Am. Chem. Soc. 2013 135 3494
125. J. E. Post Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1999 96 3447
126. T. Takashima K. Hashimoto R. Nakamura J. Am. Chem. Soc. 2012 134 18153
127. M. Barroso A. J. Cowan S. R. Pendlebury M. Grätzel D. R. Klug J. R. Durrant J. Am. Chem. Soc. 2011 133 14868
128. J. B. Gerken J. G. McAlpin J. Y. C. Chen M. L. Rigsby W. H. Casey R. D. Britt S. S. Stahl J. Am. Chem. Soc. 2011 133 14431
129. M. W. Kanan Y. Surendranath D. G. Nocera Chem. Soc. Rev. 2009 38 109
130. D. A. Lutterman Y. Surendranath D. G. Nocera J. Am. Chem. Soc. 2009 131 3838
131. M. Risch F. Ringleb V. Khare P. Chernev I. Zaharieva H. Dau J. Phys.: Conf. Ser. 2009 190 012167
132. E. M. P. Steinmiller K.-S. Choi Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 20633
133. K. Sun N. Park Z. Sun J. Zhou J. Wang X. Pang S. Shen S. Y. Noh Y. Jing S. Jin P. K. L. Yu D. Wang Energy Environ. Sci. 2012 5 7872
134. Y. Surendranath M. Dincǎ D. G. Nocera J. Am. Chem. Soc. 2009 131 2615
135. D. K. Zhong D. R. Gamelin J. Am. Chem. Soc. 2010 132 4202
136. D. K. Zhong J. Sun H. Inumaru D. R. Gamelin J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6086
137. M. W. Kanan J. Yano Y. Surendranath M. Dinca V. K. Yachandra D. G. Nocera J. Am. Chem. Soc. 2010 132 13692
138. M. Risch V. Khare I. Zaharieva L. Gerencser P. Chernev H. Dau J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6936
139. M.-T. Zhang Z. Chen P. Kang T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2013 135 2048
140. Y. S. Nam A. P. Magyar D. Lee J.-W. Kim D. S. Yun H. Park T. S. Pollom D. A. Weitz A. M. Belcher Nat. Nanotechnol. 2010 5 340