Toward exceeding the Shockley-Queisser limit: Photoinduced interfacial charge transfer processes that store energy in excess of the equilibrated excited state

Journal of the American Chemical Society

Volumn 128, Issue 25, 2006, Pages 8234-8245

  Hoertz, Paul G ^a   Staniszewski, Aaron ^a   Marton, Andras ^a   Higgins, Gerard T ^a   Incarvito, Christopher D ^b   Rheingold, Arnold L ^b   Meyer, Gerald J ^a  

^a JOHNS HOPKINS UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBOXYLATION; ESTERS; LIGHTING; MESOPOROUS MATERIALS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; PHOTOLUMINESCENCE; SURFACE CHEMISTRY; THIN FILMS; TITANIUM OXIDES;

ELECTRON DONORS; INTERMOLECULAR HOLE TRANSFER; PHOTOLUMINESCENT EXCITED STATES; STEADY STATE ILLUMINATION;

CHARGE TRANSFER;

BIPYRIDINE DERIVATIVE; ESTER DERIVATIVE; NANOCRYSTAL; QUINOLINE DERIVATIVE; RUTHENIUM COMPLEX; TITANIUM DIOXIDE;

ARTICLE; ELECTROCHEMISTRY; ELECTRON TRANSPORT; FILM; PHOTOCHEMICAL EFFICIENCY; PHOTOCHEMISTRY; QUANTUM YIELD; SEMICONDUCTOR;

EID: 33745671629     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja060470e     Document Type: Article

References (103)

1. Shockley, W.; Queisser, H. J. J. Appl. Phys. 1961, 32, 510.
2. Ross, R. T.; Nozik, A. J. J. Appl. Phys. 1982, 53, 3813.
3. Schaller, R.; Klimov, V. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 186601.
4. Ellingson, R. J.; Beard, M. C.; Johnson, J. C.; Yu, P.; Micic, O. I.; Nozik, A. J.; Shabaev, A.; Efros, A. L. Nanolett. 2005, 5, 865.
5. Nozik, A. J. Inorg. Chem. 2005, 44, 6893.
6. (a) Becker, R. S.; Donlan, E.; Balke, D. E. J. Chem. Phys. 1969, 50, 239.
7. (b) Becker, R. S.; Pellicciolo, A. P.; Romani, A.; Favaro, G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 2104.
8. (a) Koval, C. A.; Segar, P. R. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 2001.
9. (b) Koval, C. A.; Segar, P. R. J. Phys. Chem. 1990, 94, 203.
10. Tachibana, Y.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. J. Phys. Chem. B 1996, 100, 20056.
11. Hannappel, T.; Burfeindt, B.; Storck, W.; Willig, F. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6799.
12. (a) Heimer, T. A.; Heilweil, E. J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10990.
13. (b) Heimer, T. A.; Heilweil, E. J.; Bignozzi, C. A.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4256.
14. Ellingson, R. J.; Asbury, J. B.; Ferrere, S.; Ghosh, H. N.; Sprague, J. R.; Lian, T.; Nozik, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6455.
15. Piotrowiak, P.; Galoppini, E.; Wei, Q.; Meyer, G. J.; Wiewior, P. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5278.
16. (a) Benko, G.; Kallioinen, J.; Korppi-Tommola, J. E. I.; Yartsev, A. P.; Sundstrom, V. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 489.
17. (b) Benko, G.; Myllyperkio, P.; Pan, J.; Yartsev, A. P.; Sundstrom, V. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1118.
18. (c) Kallioinen, J.; Benko, G.; Sundstrom, V.; Korppi-Tommola, J. E. I.; Yartsev, A. P. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 4396.
19. Kuciauskas, D.; Monat, J. E.; Villahermosa, R.; Gray, H. B.; Lewis, N. S.; McCusker, J. K. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 9347.
20. (a) Asbury, J. B.; Hao, E.; Wang, Y.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 11957.
21. (b) Asbury, J. B.; Hao, E.; Wang, Y. Q.; Ghosh, H. N.; Lian, T. Q. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4545.
22. Hoertz, P. G.; Thompson, D. W.; Friedman, L. A.; Meyer, G. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9690.
23. Haque, S. A.; Palomeras, E.; Cho, B. M.; Green, A. N. M.; Hirata, N.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3456.
24. (a) Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338.
25. (b) Watson, D. F.; Meyer, G. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 119.
26. (a) Ferrere, S.; Gregg, B. A. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 843.
27. (b) Islam, A.; Hara, K.; Singh, L. P.; Katoh, R.; Yanagida, M.; Murata, S.; Takahashi, Y.; Sugihara, H.; Arakawa, H. Chem. Lett. 2000, 490.
28. (c) Moser, J. E.; Grätzel, M. Chimia 1998, 52, 160.
29. Huber, R.; Sporlein, S.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Wachtveitl, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8995.
30. Oki, A. R.; Morgen, R. J. Synth. Commun. 1995, 25, 4093.
31. Maerker, G.; Case, F. H. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 2747.
32. Sullivan, B. P.; Salmon, D. J.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 1978, 17, 3334.
33. Lay, P. A.; Sargerson, A. M.; Taube, H. Inorg. Synth. 1986, 24, 291.
34. Geno, M. J. K.; Dawson, J. H. Inorg. Chim. Acta 1985, 97, 241.
35. von Zelewsky, A.; Gremaud, G. Helvetica Chimica Acta 1988, 71, 1108.
36. (a) O'Regan, B.; Moser, J.; Anderson, M.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8720.
37. (b) Barbe, C. J.; Arendse, F.; Comte, P.; Jirousek, M.; Lenzmann, F.; Shklover, V.; Grätzel, M. J. Am. Ceram. Soc. 1997, 80, 3157.
38. (c) Heimer, T. A.; D'Arcangelis, S. T.; Farzad, F.; Stipkala, J. M.; Meyer, G. J. Inorg. Chem. 1996, 35, 5319.
39. Qu, P.; Meyer, G. J. Langmuir 2001, 17, 6720 and references therein.
40. Demas, J. N.; Crosby, G. A. J. Phys. Chem. 1971, 75, 991.
41. Castellano, F. N.; Heimer, T. A.; Tandhasetti, T.; Meyer, G. J. Chem. Mater. 1994, 6, 1041.
42. (a) Kelly, C. A.; Farzad, F.; Thompson, D. W.; Meyer, G. J. Langmuir 1999, 15, 731.
43. (b) Higgens, G. T.; Bergeron, B. V.; Hasselmann, G. M.; Farzad, F.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 2598.
44. Bergeron, B.; Kelly, C. A.; Meyer, G. J. Langmuir 2003, 19, 8389.
45. Kober, E.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 1982, 21, 1324.
46. Nazeeruddin, Md. K.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, M. J.; Liska. P.; Vlachopoulos, V. S.; Fischer, C.-H.; Grätzel, M. Inorg. Chem. 1999, 38, 6298.
47. Qu, P.; Meyer, G. J. Langmuir 2001, 17, 6720.
48. Casper, J. V.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 5583.
49. Kober, E. M.; Caspar, J. V.; Lumpkin, R. S.; Meyer, T. J. J. Phys. Chem. 1986, 90, 3722.
50. Arnold, D. R.; Baird, N. C.; Bolton, J. R.; Brand, J. C. D.; Jacobs, P. W. M.; DeMayo, P.; Ware, W. R. Photochemistry. An Introduction: Academic Press: New York and London. 1974; p 13.
51. Rehm, D.; Weller, A. Isr. J. Chem. 1970, 8, 259.
52. Finnie, K. S.; Bartlett, J. R.; Woolfrey, J. L. Langmuir 1988, 14, 2744.
53. Dobson, K.; McQuillan, A. Spectrochim. Acta, Part A 2000, 5, 557.
54. Tait, C. D.; MacQeen, D. B.; Donahue, R. J.; DeArmond, M. K.; Hanck, K. W.; Wertz, D. W. J. Phys. Chem. 1986, 90, 1766.
55. Chowdhury, J.; Ghosh, M.; Misra, T. N. Spectrochim. Acta, Part A 2000, 56, 2107.
56. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed.; John Wiley & Sons: New York, 2001.
57. (a) Moser, J. E.; Noukakis, U. B.; Tachibana, Y.; Klug, D. R.; Durrant, J. R.; Humphrey-Baker, R.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3649.
58. (b) Das, S.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8954.
59. Bonhote, P.; Gogniat, E.; Tingry, S.; Barbe, C.; Vlachopoulos, N.; Lenzmann, F.; Comte, P.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 1498.
60. Trammel, S. A.; Meyer, T. J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 104.
61. Anson, F. C.; Blauch, D. N.; Saveant, J.-M.; Shu, C.-F. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 1922.
62. Hoertz, P. G. Thesis Johns Hopkins University. 2003.
63. Wenger, B.; Gratzel, M.; Moser, J.-E. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12150.
64. Liu, F.; Meyer, G. J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 824.
65. (a) Gerischer, H. Photochem. Photobiol. 1972, 16, 243.
66. (b) Gerischer, H.; Willig, F. Top. Curr. Chem. 1976, 61, 31.
67. (c) Gerischer, H. Pure Appl. Chem. 1980, 52, 2649.
68. Kay, A.; Humphrey-Baker, R.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. 1994, 98, 952.
69. (a) Kajiwara, T.; Hasimoto, K.; Kawai, T.; Sakata, T. J. Phys. Chem. 1982, 86, 4516.
70. (b) Kajiwara, T.; Hasimoto, K.; Kawai, T.; Sakata, T. J. Phys. Chem. 1988, 92, 4636.
71. (c) Sakata, T.; Hasimoto, K.; Hiramoto, M. J. Phys. Chem. 1990, 94, 1788.
72. (a) Damrauer, N. H.; Cerullo, G.; Yeh, A.; Boussie, T. R.; Shank, C. V.; McCusker, J. K. Science 1997, 275, 54.
73. (b) Bhasikuttan, A. C.; Suzuki, M.; Nakashima, S.; Okada, T. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8398.
74. Wang, P.; Wenger, B.; Humphry-Baker, R.; Moser, J. E.; Teuscher, J.; Kantlehner, W.; Mezger, J.; Stoyanov, E. V.; Zakeeruddin, S. M.; Gratzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6850.
75. (a) Redmond, G.; Fitzmaurice, D. J. Phys. Chem. 1993, 97, 1426.
76. (b) Enright, B.; Redmond, G.; Fitzmaurice, D. J. Phys. Chem. 1994, 98, 6195.
77. (c) Redmond, G.; Grätzel, M.; Fitzmaurice, D. J. Phys. Chem. 1993, 97, 6951.
78. (d) Boschloo, G.; Fitzmaurice, D. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2228.
79. (e) Boschloo, G.; Fitzmaurice, D. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7860.
80. Watson, D. F.; Meyer, G. J. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1391.
81. Clifford, J. N.; Opalomeras, E.; Nazeerudding, Md. K.; Graztel, M.; Nelson, J.; Long, N. J.; Durrant, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5225.
82. Kuciauskas, D.; Freund, M. S.; Gray, H. B.; Winkler, J. R.; Lewis, N. S. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 392.
83. Nelson, J. Phys. Rev. B 1999, 59, 15374.
84. Hasselmann, G. M.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7671.
85. (a) Wolfbauer, G.; Bond, A. M.; Deacon, G. B.; MacFarlane, D. R.; Spiccia, L. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 130.
86. (b) Nazeeruddin, Md. K.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, M. J.; Liska, P.; Vlachopoulos, V. S.; Fischer, C.-H.; Grätzel, M. Inorg. Chem. 1999, 38, 6298.
87. Kalyanasundaram, K. Photochemistry of Polypyridine and Porphyrin Complexes; Academic Press: London, 1992.
88. (a) Kohlrausch, R. Ann. 1847, 5, 430.
89. (b) Williams, G.; Watts, D. C. Trans. Faraday Soc. 1971, 66, 80.
90. (a) Linsey, C. P.; Patterson, G. D. J. Chem. Phys. 1980, 73, 3348.
91. (b) Majumdar, C. K. Solid State Commun. 1971, 9, 1087.
92. (a) Chou, M.; Creutz, C.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 5615.
93. (b) Young, R.; Keene, R. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 2468.
94. (a) Motten, A. G.; Hanck, K.; DeArmond, M. K. Chem. Phys. Lett. 1981, 79, 541.
95. (b) Heath, G. A.; Yellowless, L. J.; Braterman, P. S. Chem. Phys. Lett. 1982, 92, 646.
96. Sutin, N.; Creutz, C. Adv. Chem. Ser. 1978, 168, 1.
97. Wang, Q.; Zakeeruddin, X. M.; Cremer, J.; Bauerle, P.; Humphry-Baker, R.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5706.
98. Biancardo, M.; Argazzi, R.; Bignozzi, C. A. Inorg. Chem. 2005, 44, 9619.
99. Obare, S. O.; Ito, T.; Meyer, G. J. Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 6266.
100. Yanagida, M.; Yamaguchi, T.; Kurashige, M.; Hara, K.; Katoh, R.; Sugihara, H.; Arakawa, H. Inorg. Chem. 2003, 42, 7921.
101. Altobello, S.; Argazzi, R.; Caramori, S.; Contado, C.; Da Fre, S.; Rubino, P.; Chone, C.; Larramona, G.; Bignozzi, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15342.
102. Davis, W. B.; Svec, W. A.; Ratner, M. A.; Wasielewski, M. R. Nature 1998, 396, 60.
103. Obare, S. O.; Ito, T.; Meyer, G. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 712-713.