Activity and Recyclability of an Iridium-EDTA Water Oxidation Catalyst Immobilized onto Rutile TiO2

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 1, 2015, Pages 264-271

  Savini, Arianna ^a   Bucci, Alberto ^a   Nocchetti, Morena ^a   Vivani, Riccardo ^a   Idriss, Hicham ^b   Macchioni, Alceo ^a  

^a UNIVERSITY OF PERUGIA   (Italy)

^b SAUDI BASIC INDUSTRIES CORPORATION   (Saudi Arabia)

Author keywords

FEM SEM; immobilized catalysts; iridium complexes; manometry; rutile TiO2; TEM; water oxidation; XPS

Indexed keywords

CATALYSIS; CATALYSTS; CERIUM COMPOUNDS; FUNCTIONAL MATERIALS; IRIDIUM COMPOUNDS; OXIDATION; OXIDE MINERALS; REUSABILITY; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

IMMOBILIZED CATALYSTS; IRIDIUM COMPLEX; MANOMETRY; RUTILE TIO2; WATER OXIDATION;

TITANIUM DIOXIDE;

EID: 84927932729     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cs501590k     Document Type: Article

References (79)

1. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 15729 - 15735 10.1073/pnas.0603395103
2. Balzani, V.; Credi, A.; Venturi, M. ChemSusChem 2008, 1, 26 - 58 10.1002/cssc.200700087
3. Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L. Acc. Chem. Res. 2009, 42 (12) 1890 - 1898 10.1021/ar900209b
4. Alstrum-Acevedo, J. H.; Brennaman, M. K.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 2005, 44, 6802 - 6827 10.1021/ic050904r
5. Dau, H.; Limberg, C.; Reier, T.; Risch, M.; Roggan, S.; Strasser, P. ChemCatChem. 2010, 2, 724 - 761 10.1002/cctc.201000126
6. Inoue, H.; Shimada, T.; Kou, Y.; Nabetani, Y.; Masui, D.; Takagi, S.; Tachibana, H. ChemSusChem 2011, 4, 173 - 179 10.1002/cssc.201000385
7. Lichterman, M. F.; Carim, A. I.; McDowell, M. T.; Hu, S.; Gray, H. B.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3334 - 3337 10.1039/C4EE01914H
8. Wiechen, M.; Najafpour, M. M.; Allakhverdiev, S. I.; Spiccia, L. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2203 - 2212 10.1039/c4ee00681j
9. Ahn, H. S.; Yano, J.; Don Tilley, T. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3080 - 3087 10.1039/c3ee42067a
10. Deng, X.; Tüysüz, H. ACS Catal. 2014, 4, 3701 - 3714 10.1021/cs500713d
11. Ruettinger, W.; Dismukes, G. C. Chem. Rev. 1997, 97, 1 - 24 10.1021/cr950201z
12. Yagi, M.; Kaneko, M. Chem. Rev. 2001, 101, 21 - 36 10.1021/cr980108l
13. Limburg, B.; Bouwman, E.; Bonnet, S. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1451 - 1467 10.1016/j.ccr.2012.02.021
14. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9740 - 9747 10.1002/anie.201202948
15. Jiao, F.; Frei, H. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1018 - 1027 10.1039/c002074e
16. Hansen, R. E.; Das, S. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 317 - 322 10.1039/c3ee43040e
17. Song, F.; Ding, Y.; Ma, B.; Wang, C.; Wang, Q.; Du, X.; Fu, S.; Song, J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1170 - 1184 10.1039/c3ee24433d
18. Leung, C.-F.; Ng, S.-M.; Ko, C.-C.; Man, W.-L.; W.-L. Wu, W.-L.; Chen, L.; Lau, T.-C. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7903 - 7907 10.1039/c2ee21840b
19. Yagi, M.; Syouji, A.; Yamada, S.; Komi, M.; Yamazak, H.; Tajima, S. Photochem. Photobiol. Sci. 2009, 8, 139 - 147 10.1039/b811098k
20. Wasylenko, D. J.; Palmer, R. D.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2013, 49, 218 - 227 10.1039/c2cc35632e
21. Cao, R.; Lai, W.; Du, P. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8134 - 8157 10.1039/c2ee21494f
22. Liu, X.; Wang, F. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1115 - 1136 10.1016/j.ccr.2012.01.015
23. Fukuzumi, S.; Hong, D. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 645 - 659 10.1002/ejic.201300684
24. Vickers, J. W.; Lv, H.; Sumliner, J. M.; Zhu, G.; Luo, Z.; Musaev, D. G.; Geletii, Y. V.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14110 - 14118 10.1021/ja4024868
25. Stracke, J. J.; Finke, R. G. ACS Catal. 2014, 4, 909 - 933 10.1021/cs4011716
26. 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 - 19027 10.1021/ja203095k
27. Zuccaccia, C.; Bellachioma, G.; Bolaño, S.; Rocchigiani, L.; Savini, A.; Macchioni, A. Eur. J. Inorg. Chem. 2012, 1462 - 1468 10.1002/ejic.201100954
28. Wang, C.; Wang, J.-L.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19895 - 19908 10.1021/ja310074j
29. Zuccaccia, C.; Bellachioma, G.; Bortolini, O.; Bucci, A.; Savini, A.; Macchioni, A. Chem.- Eur. J. 2014, 20, 3446 - 3456 10.1002/chem.201304412
30. Zhang, T.; de Krafft, K. E.; Wang, J.-L.; Wang, C.; Lin, W. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 4, 698 - 707 10.1002/ejic.201300882
31. Young, K. J.; Martini, L. A.; Milot, R. L.; Snoeberger, R. C., III; Batista, V. S.; Schmuttenmaer, C. A.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 2503 - 2520 10.1016/j.ccr.2012.03.031
32. Berardi, S.; La Ganga, G.; Puntoriero, F.; Sartorel, A.; Campagna, S.; Bonchio, M. Photochemistry 2012, 40, 274 - 294 10.1039/9781849734882
33. Brimblecombe, R.; Dismukes, G. C.; Swiegers, G. F.; Spiccia, L. Dalton Trans. 2009, 9374 - 9384 10.1039/b912669d
34. Duan, L.; Tong, L.; Xu, Y.; Sun, L. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3296 - 3313 10.1039/c1ee01276b
35. Moore, G. F.; Blakemore, J. D.; Milot, R. L.; Hull, J. F.; Song, H.-E.; Cai, L.; Schmuttenmaer, C. A.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2389 - 2392 10.1039/c1ee01037a
36. Lin, L.; Duan, L.; Xu, Y.; Gorlov, M.; Hagfeldt, A.; Sun, L. Chem. Commun. 2010, 46, 7307 - 7309 10.1039/c0cc01828g
37. Honda, K.; Fujishima, A. Nature 1972, 238, 37 - 38 10.1038/238037a0
38. Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338 - 344 10.1038/35104607
39. Waterhouse, G. I. N.; Wahab, A. K.; Al-Oufi, M.; Jovic, V.; Sun-Waterhouse, D.; Dalaver, A.; Llorca, J.; Idriss, H. Sci. Rep. 2013, 3 (2849) 1 - 5 org/10.1038/srep02849
40. Connelly, K. A.; Idriss, H. Green Chem. 2012, 14, 260 - 280 10.1039/c1gc15992e
41. Liu, F.; Cardolaccia, T.; Hornstein, B. J.; Schoonover, J. R.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2446 - 2447 10.1021/ja068630+
42. Chen, Z.; Conception, J. J.; Jurss, J. W.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15580 - 15581 10.1021/ja906391w
43. Francàs, L.; Sala, X.; Benet-Buchholz, J.; Escriche, L.; Llobet, A. ChemSusChem 2009, 2, 321 - 329 10.1002/cssc.200800191
44. McDaniel, N. D.; Coughlin, F. J.; Tinker, L. L.; Bernhard, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 210 - 217 10.1021/ja074478f
45. Hull, J. F.; Balcells, D.; Blakemore, J. D.; Incarvito, C. D.; Eisenstein, O.; Brudvig, G. W.; Crebtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8730 - 8731 10.1021/ja901270f
46. Savini, A.; Bellachioma, G.; Ciancaleoni, G.; Zuccaccia, C.; Zuccaccia, D.; Macchioni, A. Chem. Commun. 2010, 46, 9218 - 9219 10.1039/c0cc03801f
47. Savini, A.; Belanzoni, P.; Bellachioma, G.; Zuccaccia, C.; Zuccaccia, D.; Macchioni, A. Green Chem. 2011, 13, 3360 - 3374 10.1039/c1gc15899f
48. Savini, A.; Bellachioma, G.; Bolaño, S.; Rocchigiani, L.; Zuccaccia, C.; Zuccaccia, C.; Zuccaccia, D.; Macchioni, A. ChemSusChem 2012, 5, 1415 - 1419 10.1002/cssc.201200067
49. Bucci, A.; Savini, A.; Rocchigiani, L.; Zuccaccia, C.; Rizzato, S.; Albinati, A.; Llobet, A.; Macchioni, A. Organometallics 2012, 31, 8071 - 8074 10.1021/om301024s
50. Savini, A.; Bucci, A.; Bellachioma, G.; Giancola, S.; Palomba, F.; Rocchigiani, L.; Rossi, A.; Suriani, M.; Zuccaccia, C.; Macchioni, A. J. Organomet. Chem. 2014, 771, 24 - 32 10.1016/j.jorganchem.2014.05.029
51. Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Balcells, D.; Hull, J. F.; Olack, G. W.; Incarvito, C.; Eisenstein, O.; Brudvig, G. W.; Crebtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16017 - 16029 10.1021/ja104775j
52. Lalrempuia, R.; McDaniel, N. D.; Mueller-Bunz, H.; Bernhard, S.; Albrecht, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 9765 - 9768 10.1002/anie.201005260
53. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Chem. Commun. 2011, 47, 2712 - 2714 10.1039/c0cc05108j
54. Dzik, W. I.; Calvo, S. E.; Reek, J. N. H.; Lutz, M.; Ciriano, M. A.; Tejel, C.; Hetterscheid, D. G. H.; de Bruin, B. Organometallics 2011, 30, 372 - 374 10.1021/om100981v
55. Marquet, N.; Gärtner, F.; Losse, S.; Pohl, M.-M.; Junge, H.; Beller, M. ChemSusChem 2011, 4, 1598 - 1600 10.1002/cssc.201100217
56. Petronilho, A.; Rahman, M.; Woods, J. A.; Al-Sayyed, H.; Muller-Bunz, H.; Don, M. J. M.; Bernhard, S.; Albrecht, M. Dalton Trans. 2012, 41, 13074 - 13080 10.1039/c2dt30403a
57. Codalà, Z.; Cardoso, J. M. S.; Royo, B.; Costa, M.; Fillol, J. L. Chem.-Eur. J. 2013, 19, 7203 - 7213 10.1002/chem.201204568
58. Petronilho, A.; Woods, J. A.; Bernhard, S.; Albrecht, M. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 4, 708 - 714 10.1002/ejic.201300843
59. Hong, D.; Murakami, M.; Yamada, Y.; Fukuzumi, S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5708 - 5716 10.1039/c2ee02964b
60. Woods, J. A.; Lalrempuia, R.; Petronilho, A.; McDaniel, N. D.; Müller-Bunz, H.; Albrecht, M.; Bernhard, S. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2316 - 2328 10.1039/c4ee00971a
61. Guo, Q.; Cocks, I.; Williams, E. M. Surf. Sci. 1997, 393, 1 - 11 10.1016/S0039-6028(97)00625-0
62. Guo, Q.; Williams, E. M. Surf. Sci. 1999, 433-435, 322 - 326 10.1016/S0039-6028(99)00105-3
63. Qiu, T.; Barteau, M. A. J. Colloid Interface Sci. 2006, 303, 229 - 235 10.1016/j.jcis.2006.07.053
64. Cocks, D.; Guo, Q.; Williams, E. M. Surf. Sci. 1997, 390, 119 - 125 10.1016/S0039-6028(97)00528-1
65. Mattsson, A.; Hu, S.; Hermansson, K.; Österlund, L. J. Chem. Phys. 2014, 140, 034705 10.1063/1.4855176
66. Gutiérrez-Sosa, A.; Martinéz-Escolano, P.; Raza, H.; Lindsay, R.; Wincott, P. L.; Thornton, G. Surf. Sci. 2001, 471, 163 - 169 10.1016/S0039-6028(00)00902-X
67. Sayago, D. I.; Polcik, M.; Lindsay, R.; Toomes, R. L.; Hoeft, J. T.; Kittel, M.; Woodruff, D. P. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 14316 - 14323 10.1021/jp049833s
68. Lerotholi, T. J.; Kröger, E. A.; Knight, M. J.; Unterberger, W.; Hogan, K.; Jackson, D. C.; Lamont, C. L. A.; Woodruff, D. P. Surf. Sci. 2009, 603, 2305 - 2311 10.1016/j.susc.2009.05.009
69. Muir, J. M. R.; Costa, D.; Idriss, H. Surf. Sci. 2014, 624, 8 - 14 10.1016/j.susc.2014.01.005
70. Muir, J.; Idriss, H. Surf. Sci. 2013, 617, 60 - 67 10.1016/j.susc.2013.07.009
71. Muir, J.; Idriss, H. Surf. Sci. 2013, 607, 187 - 196 10.1016/j.susc.2012.09.006
72. 2 led to negligible production of oxygen (Figure S1). Such a blank experiment was performed in ambient light waiting one hour before adding CAN. No gas was evolved. Consequently, all experiments were performed in ambient light.
73. 2 yield is less than 100% (Table 1) likely due to some oxygen dissolved in water that is not correctly taken into account by manometric measurements.
74. Savini, A.; Bucci, A.; Bellachioma, G.; Rocchigiani, L.; Zuccaccia, C.; Llobet, A.; Macchioni, A. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 4, 690 - 697 10.1002/ejic.201300530
75. Bozoglian, F.; Romain, S.; Ertem, M. Z.; Todorova, T. K.; Sens, C.; Mola, J.; Rodríguez, M.; Romero, I.; Benet-Buchholz, J.; Fontrodona, X.; Cramer, C. J.; Gagliardi, L.; Llobet, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15176 - 15187 10.1021/ja9036127
76. Kono, S.; Shiraishi, M.; Plusnin, N. I.; Goto, T.; Ikejima, Y.; Abukawa, T.; Shimomura, M.; Dai, Z.; Bednarski-Meinke, C.; Goldi, B. Diam. Relat. Mater. 2007, 16, 594 - 599 10.1016/j.diamond.2006.11.045
77. Crotti, C.; Farnetti, E.; Filipuzzi, S.; Stener, M.; Zangrando, E.; Moras, P. Dalton Trans. 2007, 133 - 142 10.1039/b613837c
78. Idriss, H.; Barteau, M. A. Adv. Catal. 2000, 45, 261 - 331 org/10.1016/s0360-0564(02)45016-x
79. Saito, M.; Uehiro, T.; Yoshino, Y. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1980, 53, 3531 - 3536 10.1246/bcsj.53.3531