Noncovalent Immobilization of a Pyrene-Modified Cobalt Corrole on Carbon Supports for Enhanced Electrocatalytic Oxygen Reduction and Oxygen Evolution in Aqueous Solutions

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 10, 2016, Pages 6429-6437

  Lei, Haitao ^a   Liu, Chengyu ^a   Wang, Zhaojun ^a   Zhang, Zongyao ^a   Zhang, Meining ^a   Chang, Xingmao ^b   Zhang, Wei ^b   Cao, Rui ^a,b  

^a RENMIN UNIVERSITY OF CHINA   (China)

^b SHAANXI NORMAL UNIVERSITY   (China)

Author keywords

cobalt corrole; electrocatalysis; noncovalent immobilization; oxygen evolution; oxygen reduction

Indexed keywords

CATALYSIS; CATALYST ACTIVITY; COBALT COMPOUNDS; ELECTROCATALYSIS; ELECTRODES; ELECTROLYTIC REDUCTION; MULTIWALLED CARBON NANOTUBES (MWCN); OXYGEN; POLYPYRROLES; PYRENE; YARN;

CORROLES; ELECTROCATALYTIC MATERIALS; ELECTROCATALYTIC OXYGEN REDUCTION; MULTIWALLED CARBON NANOTUBE (MWCNTS); NON-COVALENT IMMOBILIZATION; NORMAL HYDROGEN ELECTRODES; OXYGEN EVOLUTION; OXYGEN REDUCTION;

SOLUTIONS;

EID: 84990876669     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b01579     Document Type: Article

References (89)

1. Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338-344 10.1038/35104607
2. Nocera, D. G. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 767-776 10.1021/ar2003013
3. Tachibana, Y.; Vayssieres, L.; Durrant, J. R. Nat. Photonics 2012, 6, 511-518 10.1038/nphoton.2012.175
4. Cao, R.; Lai, W. Z.; Du, P. W. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8134-8157 10.1039/c2ee21494f
5. Boghossian, A. A.; Ham, M. H.; Choi, J. H.; Strano, M. S. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3834-3843 10.1039/c1ee01363g
6. Cook, T. R.; Dogutan, D. K.; Reece, S. Y.; Surendranath, Y.; Teets, T. S.; Nocera, D. G. Chem. Rev. 2010, 110, 6474-6502 10.1021/cr100246c
7. Joya, K. S.; Joya, Y. F.; Ocakoglu, K.; van de Krol, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 10426-10437 10.1002/anie.201300136
8. Lubitz, W.; Reijerse, E. J.; Messinger, J. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 15-31 10.1039/b808792j
9. Kärkäs, M. D.; Verho, O.; Johnston, E. V.; Åkermark, B. Chem. Rev. 2014, 114, 11863-12001 10.1021/cr400572f
10. Walter, M. G.; Warren, E. L.; McKone, J. R.; Boettcher, S. W.; Mi, Q. X.; Santori, E. A.; Lewis, N. S. Chem. Rev. 2010, 110, 6446-6473 10.1021/cr1002326
11. Wu, G.; Zelenay, P. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1878-1889 10.1021/ar400011z
12. Nie, Y.; Li, L.; Wei, Z. D. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2168-2201 10.1039/C4CS00484A
13. 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
14. Jin, K.; Park, J.; Lee, J.; Yang, K. D.; Pradhan, G. K.; Sim, U.; Jeong, D.; Jang, H. L.; Park, S.; Kim, D.; Sung, N. E.; Kim, S. H.; Han, S.; Nam, K. T. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7435-7443 10.1021/ja5026529
15. Park, J.; Kim, H.; Jin, K.; Lee, B. J.; Park, Y. S.; Kim, H.; Park, I.; Yang, K. D.; Jeong, H. Y.; Kim, J.; Hong, K. T.; Jang, H. W.; Kang, K.; Nam, K. T. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4201-4211 10.1021/ja410223j
16. Karlsson, E. A.; Lee, B. L.; Åkermark, T.; Johnston, E. V.; Kärkäs, M. D.; Sun, J. L.; Hansson, Ö.; Bäckvall, J. E.; Åkermark, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 11715-11718 10.1002/anie.201104355
17. Tang, Q. W.; Jiang, L. H.; Liu, J.; Wang, S. L.; Sun, G. Q. ACS Catal. 2014, 4, 457-463 10.1021/cs400938s
18. Hocking, R. K.; Brimblecombe, R.; Chang, L. Y.; Singh, A.; Cheah, M. H.; Glover, C.; Casey, W. H.; Spiccia, L. Nat. Chem. 2011, 3, 461-466 10.1038/nchem.1049
19. Gorlin, Y.; Lassalle-Kaiser, B.; Benck, J. D.; Gul, S.; Webb, S. M.; Yachandra, V. K.; Yano, J.; Jaramillo, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8525-8534 10.1021/ja3104632
20. Wu, Y. Z.; Chen, M. X.; Han, Y. Z.; Luo, H. X.; Su, X. J.; Zhang, M.-T.; Lin, X. H.; Sun, J. L.; Wang, L.; Deng, L.; Zhang, W.; Cao, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4870-4875 10.1002/anie.201412389
21. Chen, M. X.; Wu, Y. Z.; Han, Y. Z.; Lin, X. H.; Sun, J. L.; Zhang, W.; Cao, R. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 21852-21859 10.1021/acsami.5b06195
22. Jahan, M.; Bao, Q. L.; Loh, K. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6707-6713 10.1021/ja211433h
23. Carver, C. T.; Matson, B. D.; Mayer, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5444-5447 10.1021/ja211987f
24. Wu, Z. S.; Yang, S. B.; Sun, Y.; Parvez, K.; Feng, X. L.; Müllen, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9082-9085 10.1021/ja3030565
25. Yang, W. X.; Liu, X. J.; Yue, X. Y.; Jia, J. B.; Guo, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1436-1439 10.1021/ja5129132
26. Wickramasinghe, L. D.; Zhou, R. W.; Zong, R. F.; Vo, P.; Gagnon, K. J.; Thummel, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13260-13263 10.1021/jacs.5b08856
27. Okamura, M.; Kondo, M.; Kuga, R.; Kurashige, Y.; Yanai, T.; Hayami, S.; Praneeth, V. K. K.; Yoshida, M.; Yoneda, K.; Kawata, S.; Masaoka, S. Nature 2016, 530, 465-468 10.1038/nature16529
28. Wang, Z. J.; Lei, H. T.; Cao, R.; Zhang, M. N. Electrochim. Acta 2015, 171, 81-88 10.1016/j.electacta.2015.05.004
29. Lei, H. T.; Han, A. L.; Li, F. W.; Zhang, M. N.; Han, Y. Z.; Du, P. W.; Lai, W. Z.; Cao, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 1883-1893 10.1039/C3CP54361G
30. Hijazi, I.; Bourgeteau, T.; Cornut, R.; Morozan, A.; Filoramo, A.; Leroy, J.; Derycke, V.; Jousselme, B.; Campidelli, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6348-6354 10.1021/ja500984k
31. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072-1075 10.1126/science.1162018
32. Liang, Y. Y.; Li, Y. G.; Wang, H. L.; Zhou, J. G.; Wang, J.; Regier, T.; Dai, H. J. Nat. Mater. 2011, 10, 780-786 10.1038/nmat3087
33. Schechter, A.; Stanevsky, M.; Mahammed, A.; Gross, Z. Inorg. Chem. 2012, 51, 22-24 10.1021/ic202139f
34. Aijaz, A.; Masa, J.; Rösler, C.; Xia, W.; Weide, P.; Botz, A. J. R.; Fischer, R. A.; Schuhmann, W.; Muhler, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 4087-4091 10.1002/anie.201509382
35. Wu, Z. S.; Chen, L.; Liu, J. Z.; Parvez, K.; Liang, H. W.; Shu, J.; Sachdev, H.; Graf, R.; Feng, X. L.; Müllen, K. Adv. Mater. 2014, 26, 1450-1455 10.1002/adma.201304147
36. Chang, S. T.; Wang, C. H.; Du, H. Y.; Hsu, H. C.; Kang, C. M.; Chen, C. C.; Wu, J. C. S.; Yen, S. C.; Huang, W. F.; Chen, L. C.; Lin, M. C.; Chen, K. H. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5305-5314 10.1039/C1EE01962G
37. Huang, H. C.; Shown, I.; Chang, S. T.; Hsu, H. C.; Du, H. Y.; Kuo, M. C.; Wong, K. T.; Wang, S. F.; Wang, C. H.; Chen, L. C.; Chen, K. H. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3500-3508 10.1002/adfm.201200264
38. Mase, K.; Ohkubo, K.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2800-2808 10.1021/ja312199h
39. 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
40. Han, Y. Z.; Wu, Y. Z.; Lai, W. Z.; Cao, R. Inorg. Chem. 2015, 54, 5604-5613 10.1021/acs.inorgchem.5b00924
41. Qi, J.; Zhang, W.; Xiang, R. J.; Liu, K. Q.; Wang, H. Y.; Chen, M. X.; Han, Y. Z.; Cao, R. Adv. Sci. 2015, 2, 1500199 10.1002/advs.201500199
42. Zhang, W.; Qi, J.; Liu, K. Q.; Cao, R. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502489 10.1002/aenm.201502489
43. Stamenkovic, V. R.; Fowler, B.; Mun, B. S.; Wang, G. F.; Ross, P. N.; Lucas, C. A.; Marković, N. M. Science 2007, 315, 493-497 10.1126/science.1135941
44. Huang, X. Q.; Zhao, Z. P.; Cao, L.; Chen, Y.; Zhu, E. B.; Lin, Z. Y.; Li, M. F.; Yan, A. M.; Zettl, A.; Wang, Y. M.; Duan, X. F.; Mueller, T.; Huang, Y. Science 2015, 348, 1230-1234 10.1126/science.aaa8765
45. Falkowski, J. M.; Concannon, N. M.; Yan, B.; Surendranath, Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7978-7981 10.1021/jacs.5b03426
46. Du, J. L.; Chen, Z. F.; Ye, S. R.; Wiley, B. J.; Meyer, T. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 2073-2078 10.1002/anie.201408854
47. Barnett, S. M.; Goldberg, K. I.; Mayer, J. M. Nat. Chem. 2012, 4, 498-502 10.1038/nchem.1350
48. Yu, F. S.; Li, F.; Zhang, B. B.; Li, H.; Sun, L. C. ACS Catal. 2015, 5, 627-630 10.1021/cs501510e
49. Zhang, M.-T.; Chen, Z. F.; Kang, P.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2048-2051 10.1021/ja3097515
50. 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
51. Hetterscheid, D. G. H.; Reek, J. N. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9740-9747 10.1002/anie.201202948
52. Sengupta, K.; Chatterjee, S.; Samanta, S.; Dey, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 8431-8436 10.1073/pnas.1300808110
53. Chatterjee, S.; Sengupta, K.; Hematian, S.; Karlin, K. D.; Dey, A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 12897-12905 10.1021/jacs.5b06513
54. Aviv, I.; Gross, Z. Chem. Commun. 2007, 1987-1999 10.1039/b618482k
55. Simkhovich, L.; Goldberg, I.; Gross, Z. Inorg. Chem. 2002, 41, 5433-5439 10.1021/ic020118b
56. Golubkov, G.; Gross, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 4507-4510 10.1002/anie.200351793
57. Lei, H. T.; Fang, H. Y.; Han, Y. Z.; Lai, W. Z.; Fu, X. F.; Cao, R. ACS Catal. 2015, 5, 5145-5153 10.1021/acscatal.5b00666
58. Jung, J.; Liu, S.; Ohkubo, K.; Abu-Omar, M. M.; Fukuzumi, S. Inorg. Chem. 2015, 54, 4285-4291 10.1021/ic503012s
59. Liu, S.; Mase, K.; Bougher, C.; Hicks, S. D.; Abu-Omar, M. M.; Fukuzumi, S. Inorg. Chem. 2014, 53, 7780-7788 10.1021/ic5013457
60. Ou, Z. P.; Lü, A. X.; Meng, D. Y.; Huang, S.; Fang, Y. Y.; Lu, G. F.; Kadish, K. M. Inorg. Chem. 2012, 51, 8890-8896 10.1021/ic300886s
61. Kadish, K. M.; Frémond, L.; Ou, Z. P.; Shao, J. G.; Shi, C. N.; Anson, F. C.; Burdet, F.; Gros, C. P.; Barbe, J. M.; Guilard, R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5625-5631 10.1021/ja0501060
62. Levy, N.; Mahammed, A.; Kosa, M.; Major, D. T.; Gross, Z.; Elbaz, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 14080-14084 10.1002/anie.201505236
63. Gao, Y.; Liu, J. H.; Wang, M.; Na, Y.; Åkermark, B.; Sun, L. C. Tetrahedron 2007, 63, 1987-1994 10.1016/j.tet.2006.12.060
64. Gao, Y.; Åkermark, T.; Liu, J. H.; Sun, L. C.; Åkermark, B. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8726-8727 10.1021/ja901139r
65. Ferreira, K. N.; Iverson, T. M.; Maghlaoui, K.; Barber, J.; Iwata, S. Science 2004, 303, 1831-1838 10.1126/science.1093087
66. Schöfberger, W.; Faschinger, F.; Chattopadhyay, S.; Bhakta, S.; Mondal, B.; Elemans, J. A. A. W.; Müllegger, S.; Tebi, S.; Koch, R.; Klappenberger, F.; Paszkiewicz, M.; Barth, J. V.; Rauls, E.; Aldahhak, H.; Schmidt, W. G.; Dey, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 2350-2355 10.1002/anie.201508404
67. Dogutan, D. K.; McGuire, R., Jr.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9178-9180 10.1021/ja202138m
68. Dogutan, D. K.; Stoian, S. A.; McGuire, R., Jr.; Schwalbe, M.; Teets, T. S.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 131-140 10.1021/ja108904s
69. Dai, L. M.; Xue, Y. H.; Qu, L. T.; Choi, H. J.; Baek, J. B. Chem. Rev. 2015, 115, 4823-4892 10.1021/cr5003563
70. Antolini, E. Appl. Catal., B 2009, 88, 1-24 10.1016/j.apcatb.2008.09.030
71. Choi, H. J.; Kumar, N. A.; Baek, J. B. Nanoscale 2015, 7, 6991-6998 10.1039/C4NR06831A
72. Gong, M.; Li, Y. G.; Wang, H. L.; Liang, Y. Y.; Wu, J. Z.; Zhou, J. G.; Wang, J.; Regier, T.; Wei, F.; Dai, H. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8452-8455 10.1021/ja4027715
73. Subramanian, P.; Cohen, A.; Teblum, E.; Nessim, G. D.; Bormasheko, E.; Schechter, A. Electrochem. Commun. 2014, 49, 42-46 10.1016/j.elecom.2014.10.005
74. Wei, P. J.; Yu, G. Q.; Naruta, Y.; Liu, J. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 6659-6663 10.1002/anie.201403133
75. Zhang, W.; Shaikh, A. U.; Tsui, E. Y.; Swager, T. M. Chem. Mater. 2009, 21, 3234-3241 10.1021/cm900747t
76. Morozan, A.; Campidelli, S.; Filoramo, A.; Jousselme, B.; Palacin, S. Carbon 2011, 49, 4839-4847 10.1016/j.carbon.2011.07.004
77. Choi, A.; Jeong, H.; Kim, S.; Jo, S.; Jeon, S. Electrochim. Acta 2008, 53, 2579-2584 10.1016/j.electacta.2007.10.029
78. Reith, L. M.; Koenig, M.; Schwarzinger, C.; Schoefberger, W. Eur. J. Inorg. Chem. 2012, 2012, 4342-4349 10.1002/ejic.201200697
79. Pavlishchuk, V. V.; Addison, A. W. Inorg. Chim. Acta 2000, 298, 97-102 10.1016/S0020-1693(99)00407-7
80. APEX2 v2009; Bruker AXS, Madison, WI, 2009.
81. Sheldrick, G. M. SADABS, 2008/1; University of Göttingen, Göttingen, Germany, 2008.
82. Sheldrick, G. M. Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 1990, 46, 467-473 10.1107/S0108767390000277
83. Sheldrick, G. M. Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 2008, 64, 112-122 10.1107/S0108767307043930
84. Collman, J. P.; Kaplun, M.; Decréau, R. A. Dalton Trans. 2006, 554-559 10.1039/B512982F
85. Maurin, A.; Robert, M. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2492-2495 10.1021/jacs.5b12652
86. Collman, J. P.; Devaraj, N. K.; Decréau, R. A.; Yang, Y.; Yan, Y. L.; Ebina, W.; Eberspacher, T. A.; Chidsey, C. E. D. Science 2007, 315, 1565-1568 10.1126/science.1135844
87. Collman, J. P.; Decréau, R. A.; Lin, H. W.; Hosseini, A.; Yang, Y.; Dey, A.; Eberspacher, T. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 7320-7323 10.1073/pnas.0902285106
88. Wang, D.; Groves, J. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 15579-15584 10.1073/pnas.1315383110
89. Wasylenko, D. J.; Ganesamoorthy, C.; Borau-Garcia, J.; Berlinguette, C. P. Chem. Commun. 2011, 47, 4249-4251 10.1039/c0cc05522k