Photoreduction Mechanism of CO2 to CO Catalyzed by a Rhenium(I)-Polyoxometalate Hybrid Compound

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 10, 2016, Pages 6422-6428

  Ci, Chenggang ^a,b,c   Carbó, Jorge J ^a   Neumann, Ronny ^d   Graaf, Coen De ^a,e   Poblet, Josep M ^a  

^a UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI   (Spain)

^b Qiannan Normal University for Nationalities   (China)

^c NORTHEAST NORMAL UNIVERSITY   (China)

^d WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE   (Israel)

^e INSTITUCIÓ CATALANA DE RECERCA I ESTUDIS AVANÇATS ICREA   (Spain)

Author keywords

DFT; mechanism; photoreduction; polyoxometalate hybrid anion; Re compound

Indexed keywords

CARBON MONOXIDE; CHARGE TRANSFER; CROWN ETHERS; ELECTRONS; MECHANISMS; ORGANOMETALLICS; OXIDES; PHOTOSENSITIZERS; PROTONATION; RHENIUM; RHENIUM COMPOUNDS;

CHARGE TRANSFER STATE; ELECTRON RESERVOIR; N , N-DIMETHYLACETAMIDE; PHOTO-REDUCTION; PHOTOREDUCTION MECHANISMS; POLYOXOMETALATES; REACTION MECHANISM; TD-DFT CALCULATIONS;

CARBON DIOXIDE;

EID: 84990909394     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b01638     Document Type: Article

References (85)

1. Gislason, S. R.; Oelkers, E. H. Science 2014, 344, 373-374 10.1126/science.1250828
2. Pera-Titus, M. Chem. Rev. 2014, 114, 1413-1492 10.1021/cr400237k
3. Aresta, M.; Dibenedetto, A.; Angelini, A. Chem. Rev. 2014, 114, 1709-1742 10.1021/cr4002758
4. Boot-Handford, M. E.; Abanades, J. C.; Anthony, E. J.; Blunt, M. J.; Brandani, S.; Dowell, N. M.; Fernández, J. R.; Ferrari, M. C.; Gross, R.; Hallett, J. P.; Haszeldine, R. S.; Heptonstall, P.; Lyngfelt, A.; Makuch, Z.; Mangano, E.; Porter, R. T. J.; Pourkashanian, M.; Rochelle, G. T.; Shah, N.; Yao, J. G.; Fennell, P. S. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 130-189 10.1039/C3EE42350F
5. Gogotsi, Y. Nature 2014, 509, 568-570 10.1038/509568a
6. Davis, S. J.; Caldeira, K.; Matthews, H. D. Science 2010, 329, 1330-1333 10.1126/science.1188566
7. Shi, J. F.; Jiang, Y. J.; Jiang, Z. Y.; Wang, X. Y.; Wang, X. L.; Zhang, S. H.; Han, P. P.; Yang, C. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 5981-6000 10.1039/C5CS00182J
8. Appel, A. A.; Bercaw, J. E.; Bocarsly, A. B.; Dobbek, H.; DuBois, D. I. L.; Dupuis, M.; Ferry, J. G.; Fujita, E.; Hille, R.; Kenis, P. J. A.; Kerfeld, C. A.; Morris, R. H.; Peden, C. H. F.; Portis, A. R.; Ragsdale, S. W.; Rauchfuss, T. B.; Reek, J. N. H.; Seefeldt, L. C.; Thauer, R. K.; Waldrop, G. L. Chem. Rev. 2013, 113, 6621-6658 10.1021/cr300463y
9. Schuchmann, K.; Müller, V. Science 2013, 342, 1382-1385 10.1126/science.1244758
10. Mikkelsen, M.; Jorgensen, M.; Krebs, F. C. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 43-81 10.1039/B912904A
11. Qiao, J. L.; Liu, Y. Y.; Hong, F.; Zhang, J. J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 631-675 10.1039/C3CS60323G
12. Costentin, C.; Robert, M.; Saveant, J.-M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2423-2436 10.1039/C2CS35360A
13. Benson, E. E.; Kubiak, C. P.; Sathrum, A. J.; Smieja, A. J. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 89-99 10.1039/B804323J
14. Oh, Y. J.; Hu, X. L. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2253-2261 10.1039/C2CS35276A
15. Inglis, J. L.; MacLean, B. J.; Pryce, M. T.; Vos, J. G. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 2571-2600 10.1016/j.ccr.2012.05.002
16. Kumar, B.; Llorente, M.; Froehlich, J.; Dang, T.; Sathrum, A.; Kubiak, C. P. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 541 10.1146/annurev-physchem-032511-143759
17. Zhang, L. H.; Zhu, D.; Nathanson, G. M.; Hamers, R. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 9746-9750 10.1002/anie.201404328
18. Izumi, Y. Coord. Chem. Rev. 2013, 257, 171-186 10.1016/j.ccr.2012.04.018
19. Ma, Y.; Wang, X. L.; Jia, Y. H.; Chen, X. B.; Han, H. X.; Li, C. Chem. Rev. 2014, 114, 9987-10043 10.1021/cr500008u
20. Doherty, M. D.; Grills, D. C.; Muckerman, J. T.; Polyansky, D. E.; Fujita, E. Coord. Chem. Rev. 2010, 254, 2472-2482 10.1016/j.ccr.2009.12.013
21. Zhou, Y.; Tu, W. G.; Zou, Z. G. In Photocatalysis: Fundamentals and Perspectives; Schneider, J.; Bahnemann, D.; Ye, J. H.; Puma, G. L.; Dionysiou, D. D., Eds.; Royal Society of Chemistry: London, 2016; Chapter 13, pp 318-347.
22. Chang, X. X.; Wang, T.; Gong, J. L. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 2177-2196 10.1039/C6EE00383D
23. Kuriki, R.; Matsunaga, H.; Nakashima, T.; Wada, K.; Yamakata, A.; Ishitani, O.; Maeda, K. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5159-5170 10.1021/jacs.6b01997
24. Takeda, H.; Ohashi, K.; Sekine, A.; Ishitani, O. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 4354-4357 10.1021/jacs.6b01970
25. Wu, J.; Lu, H.; Zhang, X.; Raziq, F.; Qu, Y.; Jing, L. Chem. Commun. 2016, 52, 5027-5029 10.1039/C6CC00772D
26. AlOtaibi, B.; Fan, S. Z.; Wang, D. F.; Ye, J. H.; Mi, Z. T. ACS Catal. 2015, 5, 5342-5348 10.1021/acscatal.5b00776
27. Yadav, R. K.; Baeg, J. O.; Oh, G. H.; Park, N. J.; Kong, K. J.; Kim, J.; Hwang, D. W.; Biswas, S. K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11455-11461 10.1021/ja3009902
28. Xu, H. Q.; Hu, J. H.; Wang, D. K.; Li, Z. H.; Zhang, Q.; Luo, Y.; Yu, S. H.; Jiang, H. L. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13440-13443 10.1021/jacs.5b08773
29. Hou, J. G.; Cheng, H. J.; Takeda, O.; Zhu, H. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 8480-8484 10.1002/anie.201502319
30. Wang, S. B.; Hou, Y. D.; Wang, X. C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 4327-4335 10.1021/am508766s
31. Bonin, J.; Robert, M.; Routier, M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16768-16771 10.1021/ja510290t
32. Ueda, Y.; Takeda, H.; Yui, T.; Koike, K.; Goto, Y.; Inagaki, S.; Ishitani, O. ChemSusChem 2015, 8, 439-442 10.1002/cssc.201403194
33. Schneider, T. W.; Angeles-Boza, A. M. Dalton Trans. 2015, 44, 8784-8787 10.1039/C4DT03977G
34. Morimoto, T.; Nakajima, T.; Sawa, S.; Nakanishi, R.; Imori, D.; Ishitani, O. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16825-16828 10.1021/ja409271s
35. Windle, C. D.; Câmpian, M. V.; Duhme-Klair, A. K.; Gibson, E. A.; Perutz, R. N.; Schneider, J. Chem. Commun. 2012, 48, 8189-8191 10.1039/c2cc33308b
36. Kou, Y.; Nabetani, Y.; Masui, D.; Shimada, T.; Takagi, S.; Tachibana, H.; Inoue, H. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6021-6030 10.1021/ja500403e
37. Takeda, H.; Koike, K.; Inoue, H.; Ishitani, O. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2023-2031 10.1021/ja077752e
38. Andrade, G. A.; Pistner, A. J.; Yap, G. P. A.; Lutterman, D. A.; Rosenthal, J. ACS Catal. 2013, 3, 1685-1692 10.1021/cs400332y
39. Windle, C. D.; George, M. W.; Perutz, R. N.; Summers, P. A.; Sun, X. Z.; Whitwood, A. C. Chem. Sci. 2015, 6, 6847-6864 10.1039/C5SC02099A
40. Cronin, L.; Müller, A. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7333-7334 10.1039/c2cs90087d
41. Khenkin, A. M.; Efremenko, I.; Weiner, L.; Martin, J. M. L.; Neumann, R. Chem.-Eur. J. 2010, 16, 1356-1364 10.1002/chem.200901673
42. Ettedgui, J.; Diskin-Posner, Y.; Weiner, L.; Neumann, R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 188-190 10.1021/ja1078199
43. Streb, C. Dalton Trans. 2012, 41, 1651-1659 10.1039/C1DT11220A
44. Wang, S. S.; Yang, G. Y. Chem. Rev. 2015, 115, 4893-4962 10.1021/cr500390v
45. Riplinger, C.; Sampson, M. D.; Ritzmann, A. M.; Kubiak, C. P.; Carter, E. A. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16285-16298 10.1021/ja508192y
46. Riplinger, C.; Carter, E. A. ACS Catal. 2015, 5, 900-908 10.1021/cs501687n
47. Keith, J. A.; Grice, K. A.; Kubiak, C. P.; Carter, E. A. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15823-15829 10.1021/ja406456g
48. Benson, E. E.; Grice, K. A.; Smieja, J. M.; Kubiak, C. P. Polyhedron 2013, 58, 229-234 10.1016/j.poly.2013.01.024
49. Jiang, Y.; Blacque, O.; Fox, T.; Berke, H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7751-7760 10.1021/ja402381d
50. Anfuso, C. L.; Snoeberger, R. C.; Ricks, A. M.; Liu, W.; Xiao, D.; Batista, V. S.; Lian, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6922-6925 10.1021/ja2013664
51. Sampson, M. D.; Froehlich, J. D.; Smieja, J. M.; Benson, E. E.; Sharp, I. D.; Kubiak, C. P. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3748-3755 10.1039/c3ee42186d
52. Frisch, M. J., et al., Gaussian 09; Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2009.
53. Lee, C.; Yang, C.; Parr, R. G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1988, 37, 785-789 10.1103/PhysRevB.37.785
54. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652 10.1063/1.464913
55. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 215-241 10.1007/s00214-007-0310-x
56. Xu, X.; Goddard, W. A., III Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004, 101, 2673-2677 10.1073/pnas.0308730100
57. Yanai, T.; Tew, D.; Handy, N. Chem. Phys. Lett. 2004, 393, 51-57 10.1016/j.cplett.2004.06.011
58. Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623-11627 10.1021/j100096a001
59. Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 270-283 10.1063/1.448799
60. Francl, M. M.; Pietro, W. J.; Hehre, W. J.; Binkley, J. S.; Gordon, M. S.; Defrees, D. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1982, 77, 3654-3665 10.1063/1.444267
61. Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1972, 56, 2257-2261 10.1063/1.1677527
62. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor. Chim. Acta. 1973, 28, 213-222 10.1007/BF00533485
63. Casida, M. E.; Jamorski, C.; Casida, K. C.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4439-4449 10.1063/1.475855
64. Stratmann, R. E.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. J. Chem. Phys. 1998, 109, 8218-8224 10.1063/1.477483
65. O'Boyle, N. M.; Tenderholt, A. L.; Langner, K. M. J. Comput. Chem. 2008, 29, 839-845 10.1002/jcc.20823
66. Cancès, E.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3032-3041 10.1063/1.474659
67. álvarez-Moreno, M.; de Graaf, C.; López, N.; Maseras, F.; Poblet, J. M.; Bo, C. J. Chem. Inf. Model. 2015, 55, 95-103 10.1021/ci500593j
68. Kozik, M.; Baker, L. C. W. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7604-7611 10.1021/ja00177a023
69. Prados, R. A.; Pope, M. T. Inorg. Chem. 1976, 15, 2547-2553 10.1021/ic50164a046
70. Walker, H. W.; Rattinger, G. B.; Belford, R. L.; Brown, T. L. Organometallics 1983, 2, 775-776 10.1021/om00078a018
71. Scheiring, T.; Klein, A.; Kaim, W. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1997, 2569-2572 10.1039/a702467c
72. Casan-Pastor, N.; Baker, L. C. W. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10384-10394 10.1021/ja00052a039
73. Poblet, J. M.; López, X.; Bo, C. Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 297-308 10.1039/B109928K
74. Lopez, X.; Carbó, J. J.; Bo, C.; Poblet, J. M. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7537-7571 10.1039/c2cs35168d
75. López, X.; Miró, P.; Carbó, J. J.; Rodríguez-Fortea, A.; Bo, C.; Poblet, J. M. Theor. Chem. Acc. 2011, 128, 393-404 10.1007/s00214-010-0820-9
76. Clemente-Juan, J. M.; Coronado, E.; Gaita-Arino, A. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7464-7478 10.1039/c2cs35205b
77. Suaud, N.; López, X.; Ben Amor, N.; Bandeira, N. A. G.; De Graaf, C.; Poblet, J. M. J. Chem. Theory Comput. 2015, 11, 8723-8731
78. Malrieu, J. P.; Caballol, R.; Calzado, C. J.; De Graaf, C.; Guihéry, N. Chem. Rev. 2014, 114, 429-492 10.1021/cr300500z
79. Maestre, J. M.; López, X.; Bo, C.; Poblet, J. M. Inorg. Chem. 2002, 41, 1883-1888 10.1021/ic0110676
80. Messmer, D.; Salahub, D. J. Chem. Phys. 1976, 65, 779-784 10.1063/1.433094
81. Ziegler, T.; Rauk, A.; Baerends, J. E. Theor. Chim. Acta. 1977, 43, 261-271 10.1007/BF00551551
82. Ravelli, D.; Dondi, D.; Fagnoni, M.; Albini, A.; Bagno, A. J. Comput. Chem. 2011, 32, 2983-2987 10.1002/jcc.21879
83. Fagnoni, M.; Dondi, D.; Ravelli, D.; Albini, A. Chem. Rev. 2007, 107, 2725-2756 10.1021/cr068352x
84. Maksić, Z. B.; Kovačević, B.; Vianello, R. Chem. Rev. 2012, 112, 5240-5270 10.1021/cr100458v
85. Prier, C. K.; Rankic, D. A.; MacMillan, D. W. C. Chem. Rev. 2013, 113, 5322-5363 10.1021/cr300503r