Electrochemical and spectroelectrochemical characterization of an iridium-based molecular catalyst for water splitting: Turnover frequencies, stability, and electrolyte effects

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 29, 2014, Pages 10432-10439

  Diaz Morales, Oscar ^a   Hersbach, Thomas J P ^a   Hetterscheid, Dennis G H ^a   Reek, Joost N H ^b   Koper, Marc T M ^a  

^a LEIDEN UNIVERSITY   (Netherlands)

^b UNIVERSITY OF AMSTERDAM   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANODIC OXIDATION; ELECTROLYTES; GOLD COMPOUNDS; IRIDIUM; IRIDIUM COMPOUNDS; MASS SPECTROMETRY; RAMAN SPECTROSCOPY; SPECTROELECTROCHEMISTRY; STABILITY;

ELECTROLYTE PROPERTIES; MOLECULAR CATALYSTS; ONLINE ELECTROCHEMICAL MASS SPECTROMETRIES; POLYCRYSTALLINE GOLD; SPECTROELECTROCHEMICAL CHARACTERIZATION; SPECTROELECTROCHEMICAL STUDY; SURFACE ENHANCED RAMAN SPECTROSCOPY; TURNOVER FREQUENCY;

CATALYST ACTIVITY;

ANION; ELECTROLYTE; IRIDIUM; IRIDIUM COMPLEX; WATER;

ADSORPTION; ARTICLE; CATALYST; CHEMICAL REACTION; DECOMPOSITION; ELECTROCHEMICAL ANALYSIS; MASS SPECTROMETRY; OXIDATION; PH; RAMAN SPECTROMETRY; SPECTROSCOPY; TURNOVER TIME; WATER SPLITTING;

EID: 84904861822     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja504460w     Document Type: Article

References (77)

1. Gersten, S. W.; Samuels, G. J.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 4029
2. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9740
3. Wasylenko, D. J.; Palmer, R. D.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2013, 49, 218
4. Sala, X.; Romero, I.; Rodriguez, M.; Escriche, L.; Llobet, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 2842
5. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Koivisto, B. D.; Henderson, M. A.; Berlinguette, C. P. Inorg. Chem. 2010, 49, 2202
6. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Henderson, M. A.; Koivisto, B. D.; Osthoff, H. D.; Berlinguette, C. P. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16094
7. Concepcion, J. J.; Tsai, M. K.; Muckerman, J. T.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1545
8. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Norris, M. R.; Chen, Z. F.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 2010, 49, 1277
9. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Brennaman, M. K.; Hoertz, P. G.; Patrocinio, A. O. T.; Iha, N. Y. M.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1954
10. Duan, L. L.; Araujo, C. M.; Ahlquist, M. S. G.; Sun, L. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 15584
11. Duan, L. L.; Bozoglian, F.; Mandal, S.; Stewart, B.; Privalov, T.; Llobet, A.; Sun, L. C. Nat. Chem. 2012, 4, 418
12. Nyhlen, J.; Duan, L. L.; Akermark, B.; Sun, L. C.; Privalov, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 1773
13. Duan, L. L.; fischer, A.; Xu, Y. H.; Sun, L. C. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 10397
14. Kaveevivitchai, N.; Chitta, R.; Zong, R. F.; El Ojaimi, M.; Thummel, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10721
15. Boyer, J. L.; Polyansky, D. E.; Szalda, D. J.; Zong, R. F.; Thummel, R. P.; Fujita, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 12600
16. Yamazaki, H.; Hakamata, T.; Komi, M.; Yagi, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8846
17. Yoshida, M.; Masaoka, S.; Abe, J.; Sakai, K. Chem - Asian J. 2010, 5, 2369
18. Lopez, I.; Ertem, M. Z.; Maji, S.; Benet-Buchholz, J.; Keidel, A.; Kuhlmann, U.; Hildebrandt, P.; Cramer, C. J.; Batista, V. S.; Llobet, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 205
19. Maji, S.; Vigara, L.; Cottone, F.; Bozoglian, F.; Benet-Buchholz, J.; Llobet, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 5967
20. Mola, J.; Dinoi, C.; Sala, X.; Rodriguez, M.; Romero, I.; Parella, T.; Fontrodona, X.; Llobet, A. Dalton Trans. 2011, 40, 3640
21. Karlsson, E. A.; Lee, B. L.; Akermark, T.; Johnston, E. V.; Karkas, M. D.; Sun, J. L.; Hansson, O.; Backvall, J. E.; Akermark, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 11715
22. Limburg, J.; Vrettos, J. S.; Liable-Sands, L. M.; Rheingold, A. L.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Science 1999, 283, 1524
23. Limburg, J.; Vrettos, J. S.; Chen, H. Y.; de Paula, J. C.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 423
24. fillol, J. L.; Codola, Z.; Garcia-Bosch, I.; Gomez, L.; Pla, J. J.; Costas, M. Nat. Chem. 2011, 3, 807
25. Ellis, W. C.; McDaniel, N. D.; Bernhard, S.; Collins, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10990
26. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Borau-Garcia, J.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2011, 47, 4249
27. Yin, Q. S.; Tan, J. M.; Besson, C.; Geletii, Y. V.; Musaev, D. G.; Kuznetsov, A. E.; Luo, Z.; Hardcastle, K. I.; Hill, C. L. Science 2010, 328, 342
28. Dogutan, D. K.; McGuire, R.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9178
29. Barnett, S. M.; Goldberg, K. I.; Mayer, J. M. Nat. Chem. 2012, 4, 498
30. Zhang, M. T.; Chen, Z. F.; Kang, P.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2048
31. Chen, Z. F.; Meyer, T. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 700
32. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Chem. Commun. 2011, 47, 2712
33. Hintermair, U.; Hashmi, S. M.; Elimelech, M.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9785
34. Brewster, T. P.; Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Incarvito, C. D.; Hazari, N.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. Organometallics 2011, 30, 965
35. Parent, A. R.; Blakemore, J. D.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. Chem. Commun. 2011, 47, 11745
36. Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Balcells, D.; Hull, J. F.; Olack, G. W.; Incarvito, C. D.; Eisenstein, O.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16017
37. Petronilho, A.; Rahman, M.; Woods, J. A.; Al-Sayyed, H.; Muller-Bunz, H.; MacElroy, J. M. D.; Bernhard, S.; Albrecht, M. Dalton Trans. 2012, 41, 13074
38. Lalrempuia, R.; McDaniel, N. D.; Muller-Bunz, H.; Bernhard, S.; Albrecht, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 9765
39. McDaniel, N. D.; Coughlin, F. J.; Tinker, L. L.; Bernhard, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 210
40. Bucci, A.; Savini, A.; Rocchigiani, L.; Zuccaccia, C.; Rizzato, S.; Albinati, A.; Llobet, A.; Macchioni, A. Organometallics 2012, 31, 8071
41. Savini, A.; Bellachioma, G.; Bolano, S.; Rocchigiani, L.; Zuccaccia, C.; Zuccaccia, D.; Macchioni, A. ChemSusChem 2012, 5, 1415
42. Savini, A.; Bellachioma, G.; Ciancaleoni, G.; Zuccaccia, C.; Zuccaccia, D.; Macchioni, A. Chem. Commun. 2010, 46, 9218
43. Parent, A. R.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2247
44. Marcus, R. A. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1993, 32, 1111
45. West, R. Handbook of Chemistry and Physics, 53 rd ed.; CRC Press: Cleveland, 1972.
46. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Henderson, M. A.; Berlinguette, C. P. Inorg. Chem. 2011, 50, 3662
47. Pecht, I.; Luz, Z. J. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 4068
48. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 2014, 742
49. Joya, K. S.; Subbaiyan, N. K.; D'Souza, F.; de Groot, H. J. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9601
50. deKrafft, K. E.; Wang, C.; Xie, Z. G.; Su, X.; Hinds, B. J.; Lin, W. B. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 608
51. Huang, J.; Blakemore, J. D.; Fazi, D.; Kokhan, O.; Schley, N. D.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W.; Tiede, D. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 1814
52. Blakemore, J. D.; Mara, M. W.; Kushner-Lenhoff, M. N.; Schley, N. D.; Konezny, S. J.; Rivalta, I.; Negre, C. F. A.; Snoeberger, R. C.; Kokhan, O.; Huang, J.; Stickrath, A.; Tran, L. A.; Parr, M. L.; Chen, L. X.; Tiede, D. M.; Batista, V. S.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Inorg. Chem. 2013, 52, 1860
53. Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Olack, G. W.; Incarvito, C. D.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. Chem. Sci. 2011, 2, 94
54. Venturini, A.; Barbieri, A.; Reek, J. N. H.; Hetterscheid, D. G. H. Chem. - Eur. J. 2014, chem.201303796.
55. Zhou, M.; Balcells, D.; Parent, A. R.; Crabtree, R. H.; Eisenstein, O. ACS Catal. 2012, 2, 208
56. Hintermair, U.; Sheehan, S. W.; Parent, A. R.; Ess, D. H.; Richens, D. T.; Vaccaro, P. H.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10837
57. Hong, D. C.; Murakami, M.; Yamada, Y.; Fukuzumi, S. Energ Environ. Sci. 2012, 5, 5708
58. Grotjahn, D. B.; Brown, D. B.; Martin, J. K.; Marelius, D. C.; Abadjian, M. C.; Tran, H. N.; Kalyuzhny, G.; Vecchio, K. S.; Specht, Z. G.; Cortes-Llamas, S. A.; Miranda-Soto, V.; van Niekerk, C.; Moore, C. E.; Rheingold, A. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19024
59. Suntivich, J.; Gasteiger, H. A.; Yabuuchi, N.; Shao-Horn, Y. J. Electrochem. Soc. 2010, 157, B1263
60. Diaz-Morales, O.; Calle-Vallejo, F.; de Munck, C.; Koper, M. T. M. Chem. Sci. 2013, 4, 2334
61. Lai, S. C. S.; Kleyn, S. E. F.; Rosca, V.; Koper, M. T. M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 19080
62. Gao, P.; Gosztola, D.; Leung, L. W. H.; Weaver, M. J. J. Electroanal. Chem. 1987, 233, 211
63. Wonders, A. H.; Housmans, T. H. M.; Rosca, V.; Koper, M. T. M. J. Appl. Electrochem. 2006, 36, 1215
64. Duca, M.; van der Klugt, B.; Koper, M. T. M. Electrochim. Acta 2012, 68, 32
65. Feng, Y.; Jiang, B.; Boyle, P. A.; Ison, E. A. Organometallics 2010, 29, 2857
66. Borkowska, Z.; Slimming, U. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry 1991, 312, 237
67. Clavilier, J.; Van Huong, C. N. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry 1977, 80, 101
68. Silva, F.; Martins, A. J. Electroanal. Chem. 1999, 467, 335
69. Angerstein-Kozlowska, H.; Conway, B. E.; Hamelin, A.; Stoicoviciu, L. Electrochim. Acta 1986, 31, 1051
70. Dima, G. E.; de Vooys, A. C. A.; Koper, M. T. M. J. Electroanal. Chem. 2003, 554-555, 15
71. Nakagawa, T.; Beasley, C. A.; Murray, R. W. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 12958
72. Limburg, B.; Bouwman, E.; Bonnet, S. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1451
73. Koper, M. T. M. Chem. Sci. 2013, 4, 2710
74. Lokshin, B. V.; Aleksanian, V. T.; Rusach, E. B. J. Organomet. Chem. 1975, 86, 253
75. Majoube, M.; Henry, M.; Chinsky, L.; Turpin, P. Y. Chem. Phys. 1993, 169, 231
76. Musić, S.; Popović, S.; Maljković, M.; Skoko, Z.; Furić, K.; Gajović, A. Mater. Lett. 2003, 57, 4509
77. Thanawala, S.; Georgiev, D. G.; Baird, R. J.; Auner, G. Thin Solid films 2007, 515, 7059