Rate and Stability of Photocatalytic Water Oxidation using [Ru(bpy)3]2+ as Photosensitizer

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 8, 2016, Pages 5273-5284

  Limburg, B ^a   Bouwman, E ^a   Bonnet, S ^a  

^a LEIDEN UNIVERSITY   (Netherlands)

Author keywords

electron transfer; kinetics; photocatalysis; ruthenium tris(bipyridine); water oxidation

Indexed keywords

CATALYSIS; CATALYSTS; ELECTRON TRANSITIONS; ELECTRONS; ENZYME KINETICS; IRIDIUM; OXIDATION; PHOTOCATALYSIS; RUTHENIUM; SOLUTIONS;

BIPYRIDINES; ELECTRON TRANSFER; IDENTICAL CONDITIONS; NEUTRAL AQUEOUS SOLUTION; PENTAMETHYLCYCLOPENTADIENYL; PHOTOCATALYTIC SYSTEMS; WATER OXIDATION; WATER OXIDATION CATALYSTS;

PHOTOSENSITIZERS;

EID: 84981354106     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b00107     Document Type: Article

References (85)

1. Kärkäs, M. D.; Verho, O.; Johnston, E. V.; Åkermark, B. Chem. Rev. 2014, 114, 11863-12001 10.1021/cr400572f
2. Mukhopadhyay, S.; Mandal, S. K.; Bhaduri, S.; Armstrong, W. H. Chem. Rev. 2004, 104, 3981-4026 10.1021/cr0206014
3. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072-1075 10.1126/science.1162018
4. Wasylenko, D. J.; Palmer, R. D.; Schott, E.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2012, 48, 2107-2109 10.1039/c2cc16674g
5. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Borau-Garcia, J.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2011, 47, 4249-4251 10.1039/c0cc05522k
6. La Ganga, G.; Puntoriero, F.; Campagna, S.; Bazzan, I.; Berardi, S.; Bonchio, M.; Sartorel, A.; Natali, M.; Scandola, F. Faraday Discuss. 2012, 155, 177-190 10.1039/C1FD00093D
7. Pizzolato, E.; Natali, M.; Posocco, B.; Montellano Lopez, 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
8. Wang, D.; Ghirlanda, G.; Allen, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10198-10201 10.1021/ja504282w
9. Singh, A.; Chang, S. L. Y.; Hocking, R. K.; Bach, U.; Spiccia, L. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 579-586 10.1039/C2EE23862D
10. Zhang, M.; Zhang, M.-T.; Hou, C.; Ke, Z.-F.; Lu, T.-B. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 13042-13048 10.1002/anie.201406983
11. Fillol, J. L.; Codolà, Z.; Garcia-Bosch, I.; Gómez, L.; Pla, J. J.; Costas, M. Nat. Chem. 2011, 3, 807-813 10.1038/nchem.1140
12. Codolà, Z.; Garcia-Bosch, I.; AcunÌa-Parés, F.; Prat, I.; Luis, J. M.; Costas, M.; Lloret-Fillol, J. Chem.-Eur. J. 2013, 19, 8042-8047 10.1002/chem.201301112
13. Parent, A. R.; Nakazono, T.; Lin, S.; Utsunomiya, S.; Sakai, K. Dalton Trans. 2014, 43, 12501-12513 10.1039/C4DT01188K
14. Zhang, T.; Wang, C.; Liu, S.; Wang, J.-L.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 273-281 10.1021/ja409267p
15. Zhang, M.-T.; Chen, Z.; Kang, P.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2048-2051 10.1021/ja3097515
16. Barnett, S. M.; Goldberg, K. I.; Mayer, J. M. Nat. Chem. 2012, 4, 498-502 10.1038/nchem.1350
17. Chen, Z.; Meyer, T. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 700-703 10.1002/anie.201207215
18. Lu, C.; Du, J.; Su, X.-J.; Zhang, M.-T.; Xu, X.; Meyer, T. J.; Chen, Z. ACS Catal. 2016, 6, 77-83 10.1021/acscatal.5b02173
19. Garrido-Barros, P.; Funes-Ardoiz, I.; Drouet, S.; Benet-Buchholz, J.; Maseras, F.; Llobet, A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 6758-6761 10.1021/jacs.5b03977
20. Su, X.-J.; Gao, M.; Jiao, L.; Liao, R.-Z.; Siegbahn, P. E. M.; Cheng, J.-P.; Zhang, M.-T. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4909-4914 10.1002/anie.201411625
21. Wang, L.; Duan, L.; Wang, Y.; Ahlquist, M. S. G.; Sun, L. Chem. Commun. 2014, 50, 12947-12950 10.1039/C4CC05069J
22. Duan, L.; Bozoglian, F.; Mandal, S.; Stewart, B.; Privalov, T.; Llobet, A.; Sun, L. Nat. Chem. 2012, 4, 418-423 10.1038/nchem.1301
23. Duan, L.; Araujo, C. M.; Ahlquist, M. S. G.; Sun, L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109, 15584-15588 10.1073/pnas.1118347109
24. Matheu, R.; Ertem, M. Z.; Benet-Buchholz, J.; Coronado, E.; Batista, V. S.; Sala, X.; Llobet, A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10786-10795 10.1021/jacs.5b06541
25. Romain, S.; Vigara, L.; Llobet, A. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1944-1953 10.1021/ar900240w
26. Marelius, D. C.; Bhagan, S.; Charboneau, D. J.; Schroeder, K. M.; Kamdar, J. M.; McGettigan, A. R.; Freeman, B. J.; Moore, C. E.; Rheingold, A. L.; Cooksy, A. L. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 2014, 676-689 10.1002/ejic.201300826
27. Kärkäs, M. D.; Åkermark, T.; Chen, H.; Sun, J.; Åkermark, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 4189-4193 10.1002/anie.201210226
28. Kärkäs, M. D.; Åkermark, T.; Johnston, E. V.; Karim, S. R.; Laine, T. M.; Lee, B.-L.; Åkermark, T.; Privalov, T.; Åkermark, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 11589-11593 10.1002/anie.201205018
29. López, 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, 205-209 10.1002/anie.201307509
30. Neudeck, S.; Maji, S.; López, I.; Meyer, S.; Meyer, F.; Llobet, A. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 24-27 10.1021/ja409974b
31. Romain, S.; Bozoglian, F.; Sala, X.; Llobet, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2768-2769 10.1021/ja808166d
32. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16462-16463 10.1021/ja8059649
33. Concepcion, J. J.; Tsai, M.-K.; Muckerman, J. T.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1545-1557 10.1021/ja904906v
34. Gersten, S. W.; Samuels, G. J.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 4029-4030 10.1021/ja00378a053
35. 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
36. Hull, J. F.; Balcells, D.; Blakemore, J. D.; Incarvito, C. D.; Eisenstein, O.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8730-8731 10.1021/ja901270f
37. Codolà, Z.; M.S. Cardoso, J.; Royo, B.; Costas, M.; Lloret-Fillol, J. Chem.-Eur. J. 2013, 19, 7203-7213 10.1002/chem.201204568
38. Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Olack, G. W.; Incarvito, C. D.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. Chem. Sci. 2011, 2, 94-98 10.1039/C0SC00418A
39. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Chem. Commun. 2011, 47, 2712-2714 10.1039/c0cc05108j
40. Limburg, B.; Bouwman, E.; Bonnet, S. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1451-1467 10.1016/j.ccr.2012.02.021
41. Xu, Y.; Duan, L.; Tong, L.; Åkermark, B.; Sun, L. Chem. Commun. 2010, 46, 6506-6508 10.1039/c0cc01250e
42. Kärkäs, M. D.; Johnston, E. V.; Karlsson, E. A.; Lee, B.-L.; Akermark, T.; Shariatgorji, M.; Ilag, L.; Hansson, Ö.; Bäckvall, J.-E.; Åkermark, B. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 7953-7959 10.1002/chem.201003702
43. Duan, L.; Xu, Y.; Zhang, P.; Wang, M.; Sun, L. Inorg. Chem. 2010, 49, 209-215 10.1021/ic9017486
44. Kaveevivitchai, N.; Chitta, R.; Zong, R.; El Ojaimi, M.; Thummel, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10721-10724 10.1021/ja300797g
45. Wang, L.; Duan, L.; Tong, L.; Sun, L. J. Catal. 2013, 306, 129-132 10.1016/j.jcat.2013.06.023
46. Karlsson, E. A.; Lee, B.-L.; Åkermark, T.; Johnston, E. V.; Kärkäs, M. D.; Sun, J.; Hansson, Ö.; Bäckvall, J.-E.; Åkermark, B. Angew. Chem. 2011, 123, 11919-11922 10.1002/ange.201104355
47. Chen, G.; Chen, L.; Ng, S.-M.; Man, W.-L.; Lau, T.-C. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 1789-1791 10.1002/anie.201209116
48. Nakazono, T.; Parent, A. R.; Sakai, K. Chem. Commun. 2013, 49, 6325-6327 10.1039/c3cc43031f
49. Leung, C.-F.; Ng, S.-M.; Ko, C.-C.; Man, W.-L.; Wu, J.; Chen, L.; Lau, T.-C. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7903-7907 10.1039/c2ee21840b
50. Geletii, Y. V.; Huang, Z.; Hou, Y.; Musaev, D. G.; Lian, T.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7522-7523 10.1021/ja901373m
51. 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, 2068-2071 10.1021/ja109681d
52. Lv, H.; Rudd, J. A.; Zhuk, P. F.; Lee, J. Y.; Constable, E. C.; Housecroft, C. E.; Hill, C. L.; Musaev, D. G.; Geletii, Y. V. RSC Adv. 2013, 3, 20647-20654 10.1039/c3ra44192j
53. Tanaka, S.; Annaka, M.; Sakai, K. Chem. Commun. 2012, 48, 1653-1655 10.1039/C2CC16821A
54. 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
55. 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
56. Evangelisti, F.; Car, P.-E.; Blacque, O.; Patzke, G. R. Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 3117-3129 10.1039/c3cy00475a
57. Zhu, G.; Glass, E. N.; Zhao, C.; Lv, H.; Vickers, J. W.; Geletii, Y. V.; Musaev, D. G.; Song, J.; Hill, C. L. Dalton Trans. 2012, 41, 13043-13049 10.1039/c2dt30331k
58. Hansen, M.; Li, F.; Sun, L.; König, B. Chem. Sci. 2014, 5, 2683-2687 10.1039/C4SC01018C
59. Berardi, S.; Francàs, L.; Neudeck, S.; Maji, S.; Benet-Buchholz, J.; Meyer, F.; Llobet, A. ChemSusChem 2015, 8, 3688-3696 10.1002/cssc.201500798
60. 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
61. Yamada, Y.; Oyama, K.; Gates, R.; Fukuzumi, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 5613-5617 10.1002/anie.201501116
62. Li, H.; Li, F.; Zhang, B.; Zhou, X.; Yu, F.; Sun, L. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4332-4335 10.1021/jacs.5b01924
63. Lopez, A. M.; Natali, M.; Pizzolato, E.; Chiorboli, C.; Bonchio, M.; Sartorel, A.; Scandola, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 12000-12007 10.1039/c3cp55369h
64. Comte, P.; Nazeeruddin, M. K.; Rotzinger, F. P.; Frank, A. J.; Grätzel, M. J. Mol. Catal. 1989, 52, 63-84 10.1016/0304-5102(89)80082-3
65. Ghosh, P. K.; Brunschwig, B. S.; Chou, M.; Creutz, C.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 4772-4783 10.1021/ja00329a022
66. Hara, M.; Waraksa, C. C.; Lean, J. T.; Lewis, B. A.; Mallouk, T. E. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 5275-5280 10.1021/jp000321x
67. Kushner-Lenhoff, M. N.; Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Dalton Trans. 2013, 42, 3617-3622 10.1039/c2dt32326e
68. Lewandowska-Andralojc, A.; Polyansky, D. E. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 10311-10319 10.1021/jp407573d
69. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16462-16463 10.1021/ja8059649
70. Tong, L.; Duan, L.; Xu, Y.; Privalov, T.; Sun, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 445-449 10.1002/anie.201005141
71. Ullman, A. M.; Liu, Y.; Huynh, M.; Bediako, D. K.; Wang, H.; Anderson, B. L.; Powers, D. C.; Breen, J. J.; AbrunÌa, H. D.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 17681-17688 10.1021/ja5110393
72. Junge, H.; Marquet, N.; Kammer, A.; Denurra, S.; Bauer, M.; Wohlrab, S.; Gärtner, F.; Pohl, M.-M.; Spannenberg, A.; Gladiali, S.; Beller, M. Chem.-Eur. J. 2012, 18, 12533-12533 10.1002/chem.201290172
73. Diaz-Morales, O.; Hersbach, T. J. P.; Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H.; Koper, M. T. M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10432-10439 10.1021/ja504460w
74. Kopp, G.; Lean, J. L. Geophys. Res. Lett. 2011, 38, L01706 10.1029/2010GL045777
75. Staehle, R.; Tong, L.; Wang, L.; Duan, L.; Fischer, A.; Ahlquist, M. S. G.; Sun, L.; Rau, S. Inorg. Chem. 2014, 53, 1307-1319 10.1021/ic401701z
76. Bellinger-Buckley, S.; Chang, T.-C.; Bag, S.; Schweinfurth, D.; Zhou, W.; Torok, B.; Sarkar, B.; Tsai, M.-K.; Rochford, J. Inorg. Chem. 2014, 53, 5556-5567 10.1021/ic5002623
77. Henbest, K.; Douglas, P.; Garley, M. S.; Mills, A. J. Photochem. Photobiol., A 1994, 80, 299-305 10.1016/1010-6030(94)01052-8
78. 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
79. 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
80. Reynal, A.; Pastor, E.; Gross, M. A.; Selim, S.; Reisner, E.; Durrant, J. R. Chem. Sci. 2015, 6, 4855-4859 10.1039/C5SC01349F
81. Darwent, J. R.; Mills, A. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2 1982, 78, 359-367 10.1039/f29827800359
82. Xu, Y.; Duan, L.; Akermark, T.; Tong, L.; Lee, B.-L.; Zhang, R.; Åkermark, B.; Sun, L. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 9520-9528 10.1002/chem.201100274
83. Li, F.; Jiang, Y.; Zhang, B.; Huang, F.; Gao, Y.; Sun, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 2417-2420 10.1002/anie.201108051
84. Zhou, X.; Li, F.; Li, H.; Zhang, B.; Yu, F.; Sun, L. ChemSusChem 2014, 7, 2453-2456 10.1002/cssc.201402195
85. Hatchard, C. G.; Parker, C. A. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1956, 235, 518-536 10.1098/rspa.1956.0102