3d-4f {CoII3Ln(OR)4} Cubanes as Bio-Inspired Water Oxidation Catalysts

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 34, 2015, Pages 11076-11084

  Evangelisti, Fabio ^a   Moré, René ^a   Hodel, Florian ^a   Luber, Sandra ^a   Patzke, Greta Ricarda ^a  

^a UNIVERSITY OF ZURICH   (Switzerland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BINARY ALLOYS; HOLMIUM ALLOYS; LIGANDS; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR OXYGEN; TRACE ELEMENTS; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY; YTTERBIUM ALLOYS;

2 PYRIDINE(HYDROXYMETHYL); ANALYTICAL STRATEGY; BORN-OPPENHEIMER MOLECULAR DYNAMICS; OPERATIONAL STABILITY; OXYGEN-EVOLVING COMPLEXES; PHOTOCATALYTIC APPLICATION; TRACE METAL ANALYSIS; WATER OXIDATION CATALYSTS;

CATALYSTS;

CALCIUM DERIVATIVE; CUBANE DERIVATIVE; TRACE METAL; COBALT; LANTHANIDE; LIGAND; ORGANOMETALLIC COMPOUND; WATER;

ARTICLE; CATALYST; COMPLEX FORMATION; CONTROLLED STUDY; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTROCHEMICAL ANALYSIS; MOLECULAR DYNAMICS; PHOTOCATALYSIS; STRUCTURE ANALYSIS; WATER OXIDATION CATALYST; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY; CATALYSIS; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; OXIDATION REDUCTION REACTION;

CATALYSIS; COBALT; LANTHANOID SERIES ELEMENTS; LIGANDS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR STRUCTURE; ORGANOMETALLIC COMPOUNDS; OXIDATION-REDUCTION; WATER;

EID: 84940839535     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.5b05831     Document Type: Article

References (77)

1. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 15729-15735 10.1073/pnas.0603395103
2. Berardi, S.; Drouet, S.; Francàs, L.; Gimbert-Surinach, G.; Guttentag, M.; Richmond, C.; Stoll, T.; Llobet, A. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7501-7519 10.1039/C3CS60405E
3. Alibabaei, L.; Brennaman, M. K.; Norris, M. R.; Kalanyan, B.; Song, W.; Losego, M. D.; Concepcion, J. J.; Binstead, R. A.; Parsons, G. N.; Meyer, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 20008-20013 10.1073/pnas.1319628110
4. Styring, S. Faraday Discuss. 2012, 155, 357-376 10.1039/C1FD00113B
5. Tachibana, Y.; Vayssieres, L.; Durrant, J. Nat. Photonics 2012, 6, 511-518 10.1038/nphoton.2012.175
6. Young, K. J.; Martini, L. A.; Milot, R. L.; Snoeberger, R. C.; 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
7. Sartorel, A.; Bonchio, M.; Campagna, S.; Scandola, F. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2262-2280 10.1039/C2CS35287G
8. Barnett, S. M.; Goldberg, K. L.; Mayer, J. M. Nat. Chem. 2012, 4, 498-502 10.1038/nchem.1350
9. McAlpin, J. G.; Stich, T. A.; Casey, W. H.; Britt, R. D. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 2445-2452 10.1016/j.ccr.2012.04.039
10. Duan, L.; Bozoglian, F.; Mandal, S.; Stewart, B.; Privalov, T.; Llobet, A.; Sun, L. Nat. Chem. 2012, 4, 418-423 10.1038/nchem.1301
11. Kärkäs, M. D.; Verho, O.; Johnston, E. V.; Åkermark, B. Chem. Rev. 2014, 114, 11863-12001 10.1021/cr400572f
12. Chen, H.-C.; Hetterscheid, D. G. H.; Williams, R. M.; van der Vlugt, J. I.; Reek, J. N. H.; Brouwer, A. M. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 975-982 10.1039/C4EE03302G
13. Wang, L.; Mirmohades, M.; Brown, A.; Duan, L.; Li, F.; Daniel, Q.; Lomoth, R.; Sun, L.; Hammarström, L. Inorg. Chem. 2015, 54, 2742-2751 10.1021/ic502915r
14. Willkomm, J.; Muresan, N. M.; Reisner, E. Chem. Sci. 2015, 6, 2727-2736 10.1039/C4SC03946G
15. Najafpour, M. M.; Fekete, M.; Sedigh, D. J.; Aro, E.; Carpentier, R.; Eaton-Rye, J. J.; Nishihara, H.; Shen, J.-R.; Allakhverdiev, S. I.; Spiccia, L. ACS Catal. 2015, 5, 1499-1512 10.1021/cs5015157
16. Umena, Y.; Kawakami, K.; Shen, V.; Kamiya, N. Nature 2011, 473, 55-65 10.1038/nature09913
17. Hutchings, G. S.; Zhang, Y.; Li, J.; Yonemoto, B. T.; Zhou, X. T.; Zhu, K.; Jiao, F. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4223-4229 10.1021/jacs.5b01006
18. Liao, R.-Z.; Kärkäs, M. B.; Lee, B.-L.; Åkermark, B.; Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2015, 54, 342-351 10.1021/ic5024983
19. Pichon, A. Nat. Chem. 2015, 7, 465-468 10.1038/nchem.2275
20. Lang, S. M.; Fleischer, I.; Bernhardt, T. M.; Barnett, R. N.; Landman, U. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 10881-10887 10.1021/jp5106532
21. Young, K. J.; Brennan, B. J.; Tagore, R.; Brudvig, G. W. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 567-574 10.1021/ar5004175
22. Tsui, E.; Agapie, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 10084-10088 10.1073/pnas.1302677110
23. Risch, M.; Ringleb, F.; Kohlhoff, M.; Bogdanoff, P.; Chernev, P.; Zaharieva, I.; Dau, H. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 661-674 10.1039/C4EE03004D
24. Smith, P. F.; Kaplan, C.; Sheats, J. E.; Robinson, D. M.; McCool, N. S.; Mezle, N.; Dismukes, G. C. Inorg. Chem. 2014, 53, 2113-2121 10.1021/ic402720p
25. Ullman, A. M.; Liu, Y.; Huynh, M.; Bediako, D. K.; Wang, H.; Anderson, B. L.; Powers, D. C.; Breen, J. J.; Abruna, H. D.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 17681-17688 10.1021/ja5110393
26. Genoni, A.; La Ganga, G.; Volpe, A.; Puntoriero, F.; Di Valentin, M.; Bonchio, M.; Natali, M.; Sartorel, A. Faraday Discuss. 2015, 10.1039/C5FD00076A
27. Zhang, C.; Trudel, S.; Berlinguette, C. P. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 2014, 660-664 10.1002/ejic.201300765
28. Galán-Máscaros, J. R. ChemElectroChem 2015, 2, 37-50 10.1002/celc.201402268
29. Jiao, Y.; Zheng, Y.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2060-2074
30. Han, X.-B.; Zhang, Z.-M.; Zhang, T.; Li, Y.-G.; Lin, W.; You, W.; Su, Z.-M.; Wang, E.-B. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5359-5366 10.1021/ja412886e
31. Han, X. B.; Li, Y.-G.; Zhang, Z.-M.; Tan, H.-Q.; Lu, Y.; Wang, E.-B. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5486-5493 10.1021/jacs.5b01329
32. Artero, V.; Chavarot-Kerlidou, M.; Fontecave, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7238-7266 10.1002/anie.201007987
33. Stracke, J. J.; Finke, R. G. ACS Catal. 2014, 4, 909-933 10.1021/cs4011716
34. Lv, H.; Song, J.; Geletii, Y. V.; Vickers, J. W.; Sumliner, J. M.; Musaev, D. G.; Kögerler, P.; Zhuk, P. F.; Bacsa, J.; Zhu, G.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9268-9271 10.1021/ja5045488
35. Li, X.; Siegbahn, P. E. M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13804-13813 10.1021/ja4053448
36. Sala, X.; Maji, S.; Bofill, R.; García-Antón, J.; Escriche, L.; Llobet, A. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 504-516 10.1021/ar400169p
37. Hijazi, A.; Kemmegne-Mbouguen, J. G.; Floquet, S.; Marrot, J.; Mayer, C. R.; Artero, V.; Cadot, E. Inorg. Chem. 2011, 50, 9031-9038 10.1021/ic201239y
38. Artero, V.; Fontecave, M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2338-2356 10.1039/C2CS35334B
39. Zhang, M.; de Respinis, M.; Frei, H. Nat. Chem. 2014, 6, 362-367 10.1038/nchem.1874
40. Yamada, Y.; Oyama, K.; Gates, R.; Fukuzumi, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 5613-5617 10.1002/anie.201501116
41. Bang, S.; Lee, Y. M.; Hong, S.; Cho, K. B.; Nishida, Y.; Seo, M. S.; Sarangi, R.; Fukuzumi, S.; Nam, S. Nat. Chem. 2014, 6, 934-940 10.1038/nchem.2055
42. Cox, N.; Rapatskiy, L.; Su, J.-H.; Pantazis, D. A.; Sugiura, M.; Kulik, L.; Dorlet, P.; Rutherford, A. W.; Neese, F.; Boussac, A.; Lubitz, W.; Messinger, J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3635-3648 10.1021/ja110145v
43. McCool, N. S.; Robinson, D. M.; Sheats, J. E.; Dismukes, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11446-11449 10.1021/ja203877y
44. Berardi, S.; La Ganga, G.; Natali, M.; Bazzan, I.; Puntoriero, P.; Sartorel, A.; Scandola, F.; Campagna, S.; Bonchio, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11104-11107 10.1021/ja303951z
45. Zhang, B.; Li, F.; Yu, F.; Wang, X.; Zhou, X.; Li, H.; Jiang, Y.; Sun, L. ACS Catal. 2014, 4, 804-809 10.1021/cs401109u
46. Evangelisti, F.; Güttinger, R.; Moré, R.; Luber, S.; Patzke, G. R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18734-18737 10.1021/ja4098302
47. Al-Oweini, R.; Sartorel, A.; Bassil, B. S.; Natali, M.; Berardi, S.; Scandola, F.; Kortz, U.; Bonchio, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 11182-11185 10.1002/anie.201404664
48. Lin, P.-H.; Takase, M. K.; Agapie, T. Inorg. Chem. 2015, 54, 59-64 10.1021/ic5015219
49. Mukherjee, S.; Stull, J. A.; Yano, J.; Stamatatos, T. C.; Pringouri, K.; Stich, T. A.; Abboud, K. A.; Britt, R. D.; Yachandra, V. K.; Christou, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109, 2257-2262 10.1073/pnas.1115290109
50. Hocking, R. K.; Brimblecombe, R. L.; Chang, Y.; Singh, A.; Cheah, M. H.; Glover, C.; Casey, W. H.; Spiccia, L. Nat. Chem. 2011, 3, 461-466 10.1038/nchem.1049
51. Kanady, J. S.; Tsui, E. Y.; Day, M. W.; Agapie, T. Science 2011, 333, 733-736 10.1126/science.1206036
52. Zhang, C.; Chen, C.; Dong, H.; Shen, J. R.; Dau, H.; Zhao, J. Science 2015, 348, 690-693 10.1126/science.aaa6550
53. Hibberd, A. H.; Doan, H. Q.; Glass, E. N.; de Groot, F. M. F.; Hill, C. L.; Cuk, T. K. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 4173-4179 10.1021/jp5124037
54. Service, R. J.; Yano, J.; McConnell, I.; Hwang, H. J.; Niks, D.; Hille, R.; Wydrzynski, T.; Burnap, R. L.; Hillier, W.; Debus, R. J. Biochemistry 2011, 50, 63-81 10.1021/bi1015937
55. Wang, P.; Shannigrahi, S.; Yakovlev, N. L.; Hor, T. S. Inorg. Chem. 2012, 51, 12059-12061 10.1021/ic301527b
56. Pizzolato, E.; Natali, M.; Posocco, B.; López, A.; Bazzan, I.; Di Valentin, M.; Galloni, P.; Conte, V.; Bonchio, M.; Scandola, F.; Sartorel, A. Chem. Commun. 2013, 49, 9941-9943 10.1039/c3cc45457f
57. Wasylenko, D. J.; Palmer, R. D.; Berlinguette, C. Chem. Commun. 2013, 49, 218-227 10.1039/C2CC35632E
58. Goberna-Ferrón, S.; Vigara, L.; Soriano-López, J.; Galán-Máscaros, J. Inorg. Chem. 2012, 51, 11707-11715 10.1021/ic301618h
59. Huang, Z.; Luo, Z.; Geletii, Y. V.; Vickers, J. W.; Yin, Q.; Wu, D.; Hou, Y.; Ding, Y.; Song, J.; Musaev, D. G.; Hill, C. L.; Lian, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2068-2072 10.1021/ja109681d
60. Kanan, M. W.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 109-114 10.1039/B802885K
61. Mattioli, G.; Giannozzi, P.; Bonapasta, A. A.; Guidoni, L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15353-15363 10.1021/ja401797v
62. Wang, L.-P.; Van Voorhis, T. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2200-2204 10.1021/jz201021n
63. Bakou, A.; Buser, C.; Dandulakis, G.; Brudvig, G.; Ghanotakis, D. F. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1992, 1099, 131-136 10.1016/0005-2728(92)90209-K
64. Bakou, A.; Ghanotakis, D. F. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1993, 1141, 303-308 10.1016/0005-2728(93)90057-M
65. Lee, C. I.; Lakshmi, K. V.; Brudvig, G. W. Biochemistry 2007, 46, 3211-3223 10.1021/bi062033i
66. Evangelisti, F.; Car, P.-E-; Blacque, O.; Patzke, G. R. Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 3117-3129 10.1039/c3cy00475a
67. Wang, D.; Groves, J. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 15579-15584 10.1073/pnas.1315383110
68. Vickers, J. W.; Lv, H.; Sumliner, J. M.; Zhu, G.; Luo, Z.; Musaev, D. G.; Geletii, Y. V. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14110-14118 10.1021/ja4024868
69. McCrory, C. C. L; Jung, S.; Ferrer, I. M.; Chatman, S. M.; Peters, J. C.; Jaramillo, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4347-4357 10.1021/ja510442p
70. Eilers, G.; Zettersten, C.; Nyholm, L.; Hammarström, L.; Lomoth, R. Dalton Trans. 2005, 1033-1041 10.1039/b415148h
71. McNamara, W. R.; Han, Z.; Yin, C.-J.; Brennessel, W. W.; Holland, P. L.; Eisenberg, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109, 15594-15599 10.1073/pnas.1120757109
72. Thomsen, J. M.; Sheehan, S. W.; Hashmi, S. M.; Campos, J.; Hintermair, U.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 13826-13834 10.1021/ja5068299
73. Klamt, A.; Schüürmann, G. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1993, 2, 799-805 10.1039/p29930000799
74. D'Angelo, P.; Spezia, R. Chem.-Eur. J. 2012, 18, 11162-11178 10.1002/chem.201200572
75. Vannucci, A. K.; Alibabaei, L.; Losego, M. D.; Concepcion, J. J.; Kalanyan, B.; Parsons, G. N.; Meyer, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 20918-20922 10.1073/pnas.1319832110
76. Davenport, T. C.; Ahn, H. S.; Ziegler, M. S.; Tilley, T. D. Chem. Commun. 2014, 50, 6326-6329 10.1039/c3cc46865h
77. Pal, R.; Negre, C. F. A.; Vogt, L.; Pokhrel, R.; Ertem, M. Z.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. Biochemistry 2013, 52, 7703-7706 10.1021/bi401214v