Efficient Electrochemical and Photoelectrochemical H2 Production from Water by a Cobalt Dithiolene One-Dimensional Metal-Organic Surface

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 43, 2015, Pages 13740-13743

  Downes, Courtney A ^a   Marinescu, Smaranda C ^a  

^a UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BOND STRENGTH (CHEMICAL); CARBON; COBALT; ELECTROCHEMICAL ELECTRODES; ELECTROCHEMISTRY; ELECTRODES; FIELD EMISSION CATHODES; HYDROGEN BONDS; HYDROGEN PRODUCTION; HYDROGEN STORAGE; ORGANOMETALLICS; PHOTOCATHODES; POLYMERS; SEMICONDUCTING SILICON; SILICON; SOLAR POWER GENERATION; SOLUTIONS;

ACIDIC AQUEOUS SOLUTION; ACTIVE HYDROGENS; GLASSY CARBON ELECTRODES; HYDROGEN EVOLUTION; PHOTOELECTROCHEMICAL SPLITTING; PHOTOELECTROCHEMICALS; RENEWABLE ENERGIES; SUN ILLUMINATION;

GLASS MEMBRANE ELECTRODES;

BENZENE; BENZENE 1,2,4,5 TETRATHIOL; CARBON; COBALT COMPLEX; COBALT DITHIOLENE; HYDROGEN; METAL ORGANIC FRAMEWORK; POLYMER; UNCLASSIFIED DRUG; WATER;

AQUEOUS SOLUTION; ARTICLE; CATALYSIS; ELECTROCHEMISTRY; ELECTRODE; HYDROGEN EVOLUTION; MOLECULAR EVOLUTION; MOLECULAR STABILITY; PH; PHOTOELECTROCHEMISTRY; SOLAR ENERGY;

EID: 84953449999     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.5b07020     Document Type: Article

References (67)

1. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 15729 10.1073/pnas.0603395103
2. Gray, H. B. Nat. Chem. 2009, 1, 7 10.1038/nchem.141
3. Dempsey, J. L.; Brunschwig, B. S.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1995 10.1021/ar900253e
4. Artero, V.; Chavarot-Kerlidou, M.; Fontecave, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7238 10.1002/anie.201007987
5. Du, P.; Eisenberg, R. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6012 10.1039/c2ee03250c
6. McKone, J. R.; Marinescu, S. C.; Brunschwig, B. S.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Chem. Sci. 2014, 5, 865 10.1039/C3SC51711J
7. Thoi, V. S.; Sun, Y.; Long, J. R.; Chang, C. J. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2388 10.1039/C2CS35272A
8. Darensbourg, M. Y.; Lyon, E. J.; Zhao, X.; Georgakaki, I. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003, 100, 3683 10.1073/pnas.0536955100
9. Helm, M. L.; Stewart, M. P.; Bullock, R. M.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. Science 2011, 333, 863 10.1126/science.1205864
10. Cook, T. R.; Dogutan, D. K.; Reece, S. Y.; Surendranath, Y.; Teets, T. S.; Nocera, D. G. Chem. Rev. 2010, 110, 6474 10.1021/cr100246c
11. Le Goff, A.; Artero, V.; Jousselme, B.; Tran, P. D.; Guillet, N.; Metaye, R.; Fihri, A.; Palacin, S.; Fontecave, M. Science 2009, 326, 1384 10.1126/science.1179773
12. Hambourger, M.; Gervaldo, M.; Svedruzic, D.; King, P. W.; Gust, D.; Ghirardi, M.; Moore, A. L.; Moore, T. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2015 10.1021/ja077691k
13. Andreiadis, E. S.; Jacques, P.-A.; Tran, P. D.; Leyris, A.; Chavarot-Kerlidou, M.; Jousselme, B.; Matheron, M.; Pécaut, J.; Palacin, S.; Fontecave, M.; Artero, V. Nat. Chem. 2013, 5, 48 10.1038/nchem.1481
14. Tran, P. D.; Le Goff, A.; Heidkamp, J.; Jousselme, B.; Guillet, N.; Palacin, S.; Dau, H.; Fontecave, M.; Artero, V. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 1371 10.1002/anie.201005427
15. Blakemore, J. D.; Gupta, A.; Warren, J. J.; Brunschwig, B. S.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18288 10.1021/ja4099609
16. Das, A. K.; Engelhard, M. H.; Bullock, R. M.; Roberts, J. A. S. Inorg. Chem. 2014, 53, 6875 10.1021/ic500701a
17. Krawicz, A.; Yang, J.; Anzenberg, E.; Yano, J.; Sharp, I. D.; Moore, G. F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11861 10.1021/ja404158r
18. Krawicz, A.; Cedeno, D.; Moore, G. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 15818 10.1039/C4CP00495G
19. Reece, S. Y.; Hamel, J. A.; Sung, K.; Jarvi, T. D.; Esswein, A. J.; Pijpers, J. J. H.; Nocera, D. G. Science 2011, 334, 645 10.1126/science.1209816
20. Boettcher, S. W.; Spurgeon, J. M.; Putnam, M. C.; Warren, E. L.; Turner-Evans, D. B.; Kelzenberg, M. D.; Maiolo, J. R.; Atwater, H. A.; Lewis, N. S. Science 2010, 327, 185 10.1126/science.1180783
21. Boettcher, S. W.; Warren, E. L.; Putnam, M. C.; Santori, E. A.; Turner-Evans, D.; Kelzenberg, M. D.; Walter, M. G.; McKone, J. R.; Brunschwig, B. S.; Atwater, H. A.; Lewis, N. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1216 10.1021/ja108801m
22. Dominey, R. N.; Lewis, N. S.; Bruce, J. A.; Bookbinder, D. C.; Wrighton, M. S. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 467 10.1021/ja00366a016
23. Oh, I.; Kye, J.; Hwang, S. Nano Lett. 2012, 12, 298 10.1021/nl203564s
24. Dasgupta, N. P.; Liu, C.; Andrews, S.; Prinz, F. B.; Yang, P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 12932 10.1021/ja405680p
25. Zhao, Y.; Anderson, N. C.; Zhu, K.; Aguiar, J. A.; Seabold, J. A.; van de Lagemaat, J.; Branz, H. M.; Neale, N. R. Nano Lett. 2015, 15, 2517 10.1021/acs.nanolett.5b00086
26. Seo, J.; Kim, H. J.; Pekarek, R. T.; Rose, M. J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3173 10.1021/ja5126287
27. McKone, J. R.; Warren, E. L.; Bierman, M. J.; Boettcher, S. W.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S.; Gray, H. B. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3573 10.1039/c1ee01488a
28. Warren, E. L.; McKone, J. R.; Atwater, H. A.; Gray, H. B.; Lewis, N. S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9653 10.1039/c2ee23192a
29. Berglund, S. P.; He, H.; Chemelewski, W. D.; Celio, H.; Dolocan, A.; Mullins, C. B. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 1535 10.1021/ja411604k
30. Seger, B.; Laursen, A. B.; Vesborg, P. C. K.; Pedersen, T.; Hansen, O.; Dahl, S.; Chorkendorff, I. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9128 10.1002/anie.201203585
31. Sun, Y.; Liu, C.; Grauer, D. C.; Yano, J.; Long, J. R.; Yang, P.; Chang, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17699 10.1021/ja4094764
32. Sim, U.; Yang, T. Y.; Moon, J.; An, J.; Hwang, J.; Seo, J. H.; Lee, J.; Kim, K. Y.; Lee, J.; Han, S.; Hong, B. H.; Nam, K. T. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3658 10.1039/c3ee42106f
33. Ding, Q.; Meng, F.; English, C. R.; Cabań-Acevedo, M.; Shearer, M. J.; Liang, D.; Daniel, A. S.; Hamers, R. J.; Jin, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8504 10.1021/ja5025673
34. Roske, C. W.; Popczun, E. J.; Seger, B.; Read, C. G.; Pedersen, T.; Hansen, O.; Vesborg, P. C. K.; Brunschwig, B. S.; Schaak, R. E.; Chorkendorff, I.; Gray, H. B.; Lewis, N. S. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 1679 10.1021/acs.jpclett.5b00495
35. Morales-Guio, C. G.; Thorwarth, K.; Niesen, B.; Liardet, L.; Patscheider, J.; Ballif, C.; Hu, X. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7035 10.1021/jacs.5b03417
36. Basu, M.; Zhang, Z.-W.; Chen, C.-J.; Chen, P.-T.; Yang, K.-C.; Ma, C.-G.; Lin, C. C.; Hu, S.-F.; Liu, R.-S. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 6211 10.1002/anie.201502573
37. Tran, P. D.; Pramana, S. S.; Kale, V. S.; Nguyen, M.; Chiam, S. Y.; Batabyal, S. K.; Wong, L. H.; Barber, J.; Loo, J. Chem.-Eur. J. 2012, 18, 13994 10.1002/chem.201202214
38. Hou, Y. D.; Abrams, B. L.; Vesborg, P. C. K.; Bjorketun, M. E.; Herbst, K.; Bech, L.; Setti, A. M.; Damsgaard, C. D.; Pedersen, T.; Hansen, O.; Rossmeisl, J.; Dahl, S.; Norskov, J. K.; Chorkendorff, I. Nat. Mater. 2011, 10, 434 10.1038/nmat3008
39. Kumar, B.; Beyler, M.; Kubiak, C. P.; Ott, S. Chem.-Eur. J. 2012, 18, 1295 10.1002/chem.201102860
40. Kumar, B.; Smieja, J. M.; Kubiak, C. P. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 14220 10.1021/jp105171b
41. Kumar, B.; Smieja, J. M.; Sasayama, A. F.; Kubiak, C. P. Chem. Commun. 2012, 48, 272 10.1039/C1CC16024A
42. Seo, J.; Pekarek, R. T.; Rose, M. J. Chem. Commun. 2015, 51, 13264 10.1039/C5CC02802G
43. Moore, G. F.; Sharp, I. D. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 568 10.1021/jz400028z
44. Lattimer, J. R. C.; Blakemore, J. D.; Sattler, W.; Gul, S.; Chatterjee, R.; Yachandra, V. K.; Yano, J.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S.; Gray, H. B. Dalton Trans. 2014, 43, 15004 10.1039/C4DT01149J
45. O'Leary, L. E.; Rose, M. J.; Ding, T. X.; Johansson, E.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10081 10.1021/ja402495e
46. Lattimer, J. R. C.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S.; Gray, H. B. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 27012 10.1021/jp409958c
47. Liu, W.; Sharp, I. D.; Tilley, T. D. Langmuir 2013, 30, 172 10.1021/la403789a
48. Li, F.; Basile, V. M.; Pekarek, R. T.; Rose, M. J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 20557 10.1021/am506244m
49. Clough, A. J.; Yoo, J. W.; Mecklenburg, M. H.; Marinescu, S. C. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 118 10.1021/ja5116937
50. McNamara, W. R.; Han, Z.; Alperin, P. J.; Brennessel, W. W.; Holland, P. L.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15368 10.1021/ja207842r
51. 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 10.1073/pnas.1120757109
52. Eckenhoff, W. T.; McNamara, W. R.; Du, P.; Eisenberg, R. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2013, 1827, 958 10.1016/j.bbabio.2013.05.003
53. Han, Z.; Eisenberg, R. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 2537 10.1021/ar5001605
54. Letko, C. S.; Panetier, J. A.; Head-Gordon, M.; Tilley, T. D. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9364 10.1021/ja5019755
55. Eady, S. C.; Peczonczyk, S. L.; Maldonado, S.; Lehnert, N. Chem. Commun. 2014, 50, 8065 10.1039/c4cc02920h
56. Chuang, T. J.; Brundle, C. R.; Rice, D. W. Surf. Sci. 1976, 59, 413 10.1016/0039-6028(76)90026-1
57. Sproules, S.; Wieghardt, K. Coord. Chem. Rev. 2011, 255, 837 10.1016/j.ccr.2010.12.006
58. Kambe, T.; Sakamoto, R.; Hoshiko, K.; Takada, K.; Miyachi, M.; Ryu, J. H.; Sasaki, S.; Kim, J.; Nakazato, K.; Takata, M.; Nishihara, H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2462 10.1021/ja312380b
59. Lui, S.-G.; Liu, Y.-Q.; Zhu, D.-B. Synth. Met. 1997, 89, 187 10.1016/S0379-6779(97)81216-7
60. Zhou, S.; Ichimura, K.; Inokuchi, H. J. Mater. Chem. 1995, 5, 1725 10.1039/jm9950501725
61. Matsuoka, R.; Sakamoto, R.; Kambe, T.; Takada, K.; Kusamoto, T.; Nishihara, H. Chem. Commun. 2014, 50, 8137 10.1039/c4cc02022g
62. Nann, T.; Ibrahim, S. K.; Woi, P.-M.; Xu, S.; Ziegler, J.; Pickett, C. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 1574 10.1002/anie.200906262
63. Cedeno, C.; Krawicz, A.; Doak, P.; Yu, M.; Neaton, J. B.; Moore, G. F. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3222 10.1021/jz5016394
64. Han, Z.; Qiu, F.; Eisenberg, R.; Holland, P. L.; Krauss, T. D. Science 2012, 338, 1321 10.1126/science.1227775
65. Das, A.; Han, Z.; Haghighi, M. G.; Eisenberg, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 16716 10.1073/pnas.1316755110
66. Ruberu, T. P. A.; Dong, Y.; Das, A.; Eisenberg, R. ACS Catal. 2015, 5, 2255 10.1021/cs5021035
67. Wang, M.; Han, K.; Zhang, S.; Sun, L. Coord. Chem. Rev. 2015, 287, 1 10.1016/j.ccr.2014.12.005