Bio-inspired molecular catalysts for hydrogen oxidation and hydrogen production

ACS Symposium Series

Volumn 1133, Issue , 2013, Pages 89-111

  Ho, Ming Hsun ^a   Chen, Shentan ^a   Rousseau, Roger ^a   Dupuis, Michel ^a   Bullock, R Morris ^a   Raugei, Simone ^a  

^a PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYSIS; ELECTROCATALYSIS; HYDROGEN PRODUCTION; ISOMERS; NICKEL; PROTONS;

COMPUTATIONAL INVESTIGATION; DIHYDROGEN MOLECULES; ELECTRON-TRANSFER STEP; HYDROGENASE ENZYMES; MOLECULAR CATALYSTS; PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORIES; RATE DETERMINING STEP; TURNOVER FREQUENCY;

CATALYST ACTIVITY;

EID: 84905380525     PISSN: 00976156     EISSN: 19475918     Source Type: Book Series    
DOI: 10.1021/bk-2013-1133.ch006     Document Type: Conference Paper

References (90)

1. Le Goff, A.; Artero, V.; Jousselme, B.; Tran, P. D.; Guillet, N.; Métayé, R.; Fihri, A.; Palacin, S. Fontecave Sci. 2009, 326, 1384.
2. Catalysis without Precious Metals; Bullock, R. M., Ed.; Wiley-VCH: Weinheim, 2010.
3. Yang, J. Y.; Bullock, R. M.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. MRS Bull. 2011, 36
4. Helm, M. L.; Stewart, M. P.; Bullock, R. M.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. Science 2011, 333, 863.
5. Appel, A. M.; Pool, D. H.; O'Hagan, M.; Shaw, W. J.; Yang, J. Y.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. ACS Catal. 2011, 1, 777.
6. Yang, J. Y.; Bullock, R. M.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; Twamley, B.; DuBois, D. L.; Rakowski DuBois, M. Dalton Trans. 2010, 39, 3001.
7. Wilson, A. D.; Fraze, K.; Twamley, B.; Miller, S. M.; DuBois, D. L.; Rakowski DuBois, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1061.
8. Wilson, A. D.; Shoemaker, R. K.; Miedaner, A.; Muckerman, J. T.; DuBois, D. L.; Rakowski DuBois, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 6951.
9. Fraze, K.; Wilson, A. D.; Appel, A. M.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. Organometallics 2007, 26, 3918.
10. Wilson, A. D.; Newell, R. H.; McNevin, M. J.; Muckerman, J. T.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 358.
11. Wiese, S.; Kilgore, U. J.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. ACS Catal. 2012, 2, 720.
12. Kilgore, U.; Roberts, J.; Pool, D. H.; Appel, A.; Stewart, M.; Rakowski DuBois, M.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; Bullock, R. M.; DuBois, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5861.
13. 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.
14. Smith, S. E.; Yang, J. Y.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 3152.
15. Jacques, P.-A.; Artero, V.; Pécaut, J.; Fontecave, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 20627.
16. Berben, L. A.; Peters, J. C. Chem. Commun. 2010, 46, 398.
17. Wiedner, E. S.; Yang, J. Y.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; Bullock, R. M.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. Organometallics 2010, 29, 5390.
18. Jacobsen, G. M.; Yang, J. Y.; Twamley, B.; Wilson, A. D.; Bullock, R. M.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 167.
19. Chen, J.; Vannucci, A. K.; Mebi, C. A.; Okumura, N.; Borowski, S. C.; Swenson, M.; Lockett, L. T.; Evans, D. H.; Glass, R. S.; Lichtenberger, D. L. Organometallics 2010, 29, 5330.
20. Tard, C.; Pickett, C. J. Chem. Rev. 2009, 109, 2245.
21. Ott, S.; Kritikos, M.; Åkermark, B.; Sun, L.; Lomoth, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 1006.
22. Chong, D.; Georgakaki, I. P.; Mejia-Rodriguez, R.; Sanabria-Chinchilla, J.; Soriaga, M. P.; Darensbourg, M. Y. Dalton Trans. 2003, 4158.
23. Mejia-Rodriguez, R.; Chong, D.; Reibenspies, J. H.; Soriaga, M. P.; Darensbourg, M. Y. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12004.
24. Nicolet, Y.; Lemon, B. J.; Fontecilla-Camps, J. C.; Peters, J. W. Trends Biochem. Sci 2000, 25, 138.
25. Nicolet, Y.; Piras, C.; Legrand, P.; Hatchikian, C. E.; Fontecilla-Camps, J. C. Structure 1999, 7
26. Peters, J. W.; Lanzilotta, W. N.; Lemon, B. J.; Seefeldt, L. C. Science 1998, 282, 1853.
27. Fraze, K.; Wilson, A. D.; Appel, A. M.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. Organometallics 2007, 26, 3918.
28. Jacobsen, G. M.; Shoemaker, R. K.; McNevin, M. J.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. Organometallics 2007, 26, 5003.
29. Jacobsen, G. M.; Yang, J. Y.; Twamley, B.; Wilson, Aaron D.; Bullock, Morris; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 167.
30. Wilson, A. D.; Fraze, K.; Twamley, B.; Miller, S. M.; DuBois, D. L.; Rakowski DuBois, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1061.
31. Wilson, A. D.; Newell, R. H.; McNevin, M. J.; Muckerman, J. T.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 358.
32. Wilson, A. D.; Shoemaker, R. K.; Miedaner, A.; Muckerman, J. T.; DuBois, D. L.; DuBois, M. R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 6951.
33. 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.
34. Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1974.
35. Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. Chem. Soc. Rev. 2009, 38
36. DuBois, D. L.; Bullock, R. M. Eur. J. Inorg. Chem. 2011, 17, 1017.
37. Kilgore, U.; Roberts, J.; Pool, D. H.; Appel, A.; Stewart, M.; Rakowski DuBois, M.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; Bullock, R. M.; DuBois, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5861.
38. Frey, M. ChemBioChem 2002, 3, 153.
39. Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. In Catalysis without Precious Metals; Bullock, R. M., Ed.; Wiley-VCH: Weinheim, 2010.
40. Raugei, S.; Chen, S.; Ho, M.-H.; Ginovska-Pangovska, B.; Rousseau, R. J.; Dupuis, M.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. Chem.-Eur. J. 2012, 18, 6493.
41. Lense, S.; Ho, M. H.; Chen, S. T.; Jain, A.; Raugei, S.; Linehan, J. C.; Roberts, J. A. S.; Appel, A. M.; Shaw, W. Organometallics 2012, 31, 6719.
42. O'Hagan, M.; Ho, M.-H.; Yang, J. Y.; Appel, A. M.; DuBois, M. R.; Raugei, S.; Shaw, W. J.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134
43. Dupuis, M.; Chen, S.; Raugei, S.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 4861.
44. O'Hagan, M.; Shaw, W. J.; Raugei, S.; Chen, S.; Yang, J. Y.; Kilgore, U. J.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14301.
45. Jain, A.; Lense, S.; Linehan, J. C.; Raugei, S.; Cho, H.; DuBois, D. L.; Shaw, W. J. Inorg. Chem. 2011, 50, 4073.
46. Chen, S.; Rousseau, R.; Raugei, S.; Dupuis, M.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. Organometallics 2011, 30, 6108.
47. Wiedner, E. S.; Yang, J. Y.; Chen, S.; Raugei, S.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; Helm, M. L.; Bullock, R. M.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L. Organometallics 2011, 31, 144.
48. Yang, J. Y.; Chen, S.; Dougherty, W. G.; Kassel, W. S.; Bullock, R. M.; DuBois, D. L.; Raugei, S.; Rousseau, R.; Dupuis, M.; Rakowski DuBois, M. Chem. Commun. 2010, 46, 8618.
49. Chen, S.; Raugei, S.; Rousseau, R.; Dupuis, M.; Bullock, R. M. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 12716.
50. Reback, M. L.; Ginovska-Pangovska, B.; Ho, M.-H.; Jain, A.; Squier, T. C.; Raugei, S.; Roberts, J. A. S.; Shaw, W. J. Chem. Eur. J. 2013, 19, 1928.
51. Horvath, S.; Fernandez, L. E.; Soudackov, A. V.; Hammes-Schiffer, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 15663.
52. Fernandez, L. E.; Horvath, S.; Hammes-Schiffer, S. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 3171.
53. Horvath, S.; Fernandez, L. E.; Soudackov, A. V.; Hammes-Schiffer, S. Abstr. Pap., Am. Chem. Soc. 2011, 242.
54. Laino, T.; Mohamed, F.; Laio, A.; Parrinello, M. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 1370.
55. Laio, A.; Gervasio, F. L. Rep. Prog. Phys. 2008, 71, 126601.
56. Stephan, D. W.; Erker, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 46.
57. Stephan, D. W. In Catalysis without Precious Metals; Bullock, R. M., Ed.; Wiley-VCH: Weinheim, 2010.
58. Stephan, D. W. Org. Biomol. Chem. 2008, 6, 1535.
59. Kaljurand, I.; Kutt, A.; Soovali, L.; Rodima, T.; Maemets, V.; Leito, I.; Koppel, I. A. J. Org. Chem. 2005, 70, 1019.
60. Faviera, I.; Duñach, E. Tetrahedron Lett. 2004, 45, 3393.
61. Appel, A. M.; Pool, D. H.; O'Hagan, M.; Shaw, W. J.; Yang, J. Y.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. ACS Catal. 2011, 1, 777.
62. Yang, J. Y.; Smith, S. E.; Liu, T.; Dougherty, W. G.; Hoffert, W. A.; Kassel, W. S.; Rakowski DuBois, M.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M., submitted.
63. 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.
64. O'Hagan, M.; Shaw, W.; Raugei, S.; Chen, S.; Yang, J. Y.; Kilgore, U. J.; DuBois, D. L.; Bullock, R. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14301.
65. Helm, M. L.; Stewart, M. P.; Bullock, R. M.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. Science 2011, 333, 863.
66. Laio, A.; Gervasio, F. L. Rep. Prog. Phys. 2008, 71, 126601.
67. Laio, A.; Parrinello, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12562.
68. Nikitin, A. M.; Lyubartsev, A. P. J. Comput. Chem. 2007, 28, 2020.
69. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396.
70. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. P. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
71. Grimme, S. J Comp. Chem. 2006, 27, 1787.
72. Raiteri, P.; Laio, A.; Gervasio, F. L.; Micheletti, C.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. B 2005, 110, 3533.
73. VandeVondele, J.; Krack, M.; Mohamed, F.; Parrinello, M.; Chassaing, T.; Hutter, J. Comp. Phys. Comm. 2005, 167, 103.
74. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822.
75. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
76. Andrae, D.; Häußermann, U.; Dolg, M.; Stoll, H.; Preuß, H. Theor. Chem. Acc. 1990, 77, 123.
77. Rassolov, V. A.; Pople, J. A.; Ratner, M. A.; Windus, T. L. J. Chem. Phys. 1998, 109, 1223.
78. Chen, S.; Raugei, S.; Rousseau, R.; Dupuis, M.; Bullock, R. M. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 12716.
79. Barone, V.; Cossi, M. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1995.
80. Cossi, M.; Rega, N.; Scalmani, G.; Barone, V. J. Comput. Chem. 2003, 24, 669.
81. Bondi, A. J. Phys. Chem. 1964, 68, 441.
82. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, O.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J.; Revision B.01 ed.; Gaussian, Inc.: Wallingford CT, 2009, Gaussian 09
83. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J. I.; shida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; ; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas; O.; Foresman; J. B.; Ortiz; J. V.; Cioslowski;, J.; Fox; D. J., 2009.
84. Kendall, R. A.; Aprà, E.; Bernholdt, D. E.; Bylaska, E. J.; Dupuis, M.; Fann, G. I.; Harrison, R. J.; Ju, J.; Nichols, J. A.; Nieplocha, J.; Straatsma, T. P.; Windus, T. L.; Wong, A. T. Computer Phys. Comm. 2000, 128, 260.
85. Straatsma, T. P.; Aprà, E.; Windus, T. L.; Bylaska, E. J.; Jong, W. d.; Hirata, S.; Valiev, M.; Hacklr, M.; Pollack, L.; Harrison, R.; Dupuis, M.; Smith, D. M. A.; Nieplocha, J.; Tipparaju, V.; Krishnan, M.; Auer, A. A.; Brown E.; Cisneros, G.; Fann, G.; Früchtl, H.; Garza, J.; Hirao, K.; Kendall, R.; Nichols, J.; Tsemekhman, K.; Wolinski, K.; Anchell, J.; Bernholdt, D.; Borowski, P.; Clark, T.; Clerc, D.; Dachsel, H.; Deegan, M.; Dyall, K.; Elwood, D.; Glendening, E.; Gutowski, M.; Hess, A.; Jaffe, J.; Johnson, B.; Ju, J.; Kobayashi, R.; Kutteh, R.; Lin, Z.; Littlefield, R.; Long, X.; Meng, B.; Nakajima, T.; Niu, S.; Rosing, M.; Sandrone, G.; Stave, M.; Taylor, H.; Thomas, G.; Lenthe, J. V.; Wong, A.; Zhang, Z. Pacific Northwest National Laboratory: Richland, Washington .
86. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
87. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396.
88. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
89. Miehlich, B.; Savin, A.; Stoll, H.; Preuss, H. Chem. Phys. Lett. 1989, 157, 200.
90. Niu, S.; Hall, M. B. Chem. Rev. 2000, 100, 353.