Mechanism of water photooxidation reaction at atomically flat TiO 2 (rutile) (110) and (100) surfaces: Dependence on solution pH

Journal of the American Chemical Society

Volumn 129, Issue 37, 2007, Pages 11569-11578

  Imanishi, Akihito ^a,c   Okamura, Tomoaki ^a   Ohashi, Naomichi ^a   Nakamura, Ryuhei ^b   Nakato, Yoshihiro ^a,c  

^a OSAKA UNIVERSITY   (Japan)

^b UNIVERSITY OF TOKYO   (Japan)

^c JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

PH EFFECTS; PHOTOLUMINESCENCE; PHOTOOXIDATION; REACTION KINETICS; SOLUTIONS; TITANIUM DIOXIDE;

SURFACE ANIONIC SPECIES; SURFACE BRIDGING OXYGEN;

WATER;

OXYGEN; TITANIUM DIOXIDE; WATER;

AQUEOUS SOLUTION; ARTICLE; CONDUCTANCE; PH; PHOTOLUMINESCENCE; PHOTOOXIDATION; PROTON TRANSPORT; REACTION ANALYSIS; SPECTROSCOPY; SURFACE PROPERTY;

EID: 35048889094     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja073206+     Document Type: Article

References (90)

1. Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37-38.
2. Domen, K.; Naito, S.; Soma, M.; Onishi, T.; Tamaru, K. Chem. Commun. 1980, 543.
3. Sato, S.; White, J. M. Chem. Phys. Lett. 1980, 72, 83-86.
4. Zou, Z. G.; Ye, J.; Sayama, K.; Arakawa, H. Nature 2001, 414, 625.
5. Kato, H.; Asakura, K.; Kudo, A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3082-3089.
6. Kudo, A.; Kato, H.; Tsuji, I. Chem. Lett. 2004, 33, 1354-1355.
7. Liu, H. M.; Nakamura, R.; Nakato, Y. Chem. Phys. Chem. 2005, 6, 2499-2502.
8. Liu, H. M.; Nakamura, R.; Nakato, Y. Electrochem. Solid-State Lett. 2006, 9, G187-G190.
9. Hara, M.; Hitoki, G.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Kobayashi, H.; Domen, K. Catal. Today 2003, 78, 555-560.
10. Maeda, K.; Teramura, K.; Lu, D.; Takata, T.; Saito, N.; Inoue, Y.; Domen, K. Nature 2006, 440, 295.
11. Ollis, D. S.; Al-Ekabi, H. Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air; Elsevier: Amsterdam, 1992.
12. Fujishima, A.; Rao, T. N.; Tryk, D. A. J. Photochem. Photobiol., C: Photochem. Rev. 2000, 1, 1-21.
13. Hoffmann, M. R.; Martin, S. T.; Choi, W. Y.; Bahnemann, D. W. Chem. Rev. 1995, 95, 69-96.
14. Linsebigler, A. L.; Lu, G.; Yates, J. T., Jr. Chem. Rev. 1995, 95, 735-758.
15. Wang, R.; Hashimoto, K.; Chikuni, M.; Kojima, E.; Kitamura, A.; Shimohigashi, M.; Watanabe, T. Nature 1997, 388, 431-432.
16. Asahi, R.; Morikawa, T.; Ohwaki, T.; Aoki, K.; Taga, Y. Science 2001, 293, 269-271.
17. Barborini, E.; Conti, A. M.; Kholmanov, I.; Piseri, P.; Podesta, A.; Milani, P.; Cepek, C.; Sakho, O.; Macovez, R.; Sancrotti, M. Adv. Mater. 2005, 17, 1842-1846.
18. Burda, C.; Lou, Y.; Chen, X.; Samia, A. C. S.; Stout, J.; Gole, J. L. Nano Lett. 2003, 3, 1049-1051.
19. Sakthivel, S.; Janczarek, M.; Kisch, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19384-19387.
20. Ohno, T.; Mitsui, T.; Matsumura, M. Chem. Lett. 2003, 32, 364-365.
21. Zhao, W.; Ma, W.; Chen, C.; Zhao, J.; Shuai, Z. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4782-4783.
22. Irie, H.; Watanabe, Y.; Hashimoto, K. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5483-5486.
23. Diwald, O.; Thompshon, T. L.; Zubkov, T.; Goralski, E. G.; Walck, S. D.; Yates, J. T., Jr. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6004-6008.
24. Kahn, S. U. M.; Al-Shahry, M.; Ingler, W. B., Jr. Science 2002, 297, 2243-2245.
25. Sakthivel, S.; Kisch, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 4908-4911.
26. Neumann, B.; Bogdanoff, P.; Tributsch, H.; Sakthivel, S.; Kisch, H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16579-16586.
27. Nakamura, R.; Tanaka, T.; Nakato, Y. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10617-10620.
28. Nakamura, R.; Tanaka, T.; Nakato, Y. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8920-8927.
29. Liu, H. M.; Imanishi, A.; Nakato, Y. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8603-8610.
30. Jaeger, C. D.; Bard, A. J. J. Phys. Chem. 1979, 83, 3146-3152.
31. Sato, S.; White, J. M. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 7206-7210.
32. Salvador, P.; Gutiérrez, C. Chem. Phys. Lett. 1982, 86, 131-134.
33. Salvador, P.; Gutiérrez, C. Surf. Sci. 1983, 124, 398-406.
34. Salvador, P.; Gutiérrez, C. J. Phys. Chem. 1984, 88, 3696-3698.
35. Salvador, P.; Gutiérrez, C. J. Electroanal. Chem. 1984, 160, 117-130.
36. Anpo, M.; Shima, T.; Kubokawa, Y. Chem. Lett. 1985, 1799-1802.
37. Norton, A. P.; Bernasek, S. L.; Bocarsly, A. B. J. Phys. Chem. 1988, 92, 6009-6016.
38. Lawless, D.; Serpone, N.; Meisel, D. J. Phys. Chem. 1991, 95, 5166-5170.
39. Gerischer, H. Electrochim. Acta 1993, 38, 3-9.
40. Schwarz, P. F.; Turro, N. J.; Bossmann, S. H.; Braun, A. M.; Wahab, A.-M. A. A.; Dürr, H. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7127-7134.
41. Kesselman, J. M.; Weres, O.; Lewis, N.; Hoffmann, M. R. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 2637-2643.
42. Szczepankiewicz, S. H.; Colussi, J. A.; Hoffmann, M. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9842-9850.
43. Park, J. S.; Choi, W. Langmuir 2004, 20, 11523-11527.
44. Ferguson, M. A.; Hoffmann, M. R.; Hering, J. G. Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 1880-1886.
45. Gerischer, H. In Physical Chemistry, An Advanced Treatise; Eyring, H., Ed.; Academic Press: New York, 1970; Vol. 9A, p 463.
46. Nozik, A. J.; Memming, R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13061-13078.
47. Murakami, Y.; Kenji, E.; Nosaka, A. Y.; Nosaka, Y. J. Phys. Chem. B. 2006, 110, 16808-16811.
48. Nosaka, Y.; Komori, S.; Yawata, K.; Hirakawa, T.; Nosaka, Y. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 4731-4735.
49. Kubo, W.; Tatsuma, T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16034-16035.
50. Valentin, C. D.; Pacchioni, G. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 166803(1)-(4).
51. Kisumi, T.; Tsujiko, A.; Murakoshi, K.; Nakato, Y. J. Electroanal. Chem. 2003, 545, 99-107.
52. Nakamura, R.; Nakato, Y. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1290-1298.
53. Nakamura, R.; Ohashi, H.; Imanishi, A.; Osawa, T.; Matsumoto, Y.; Koinuma, H.; Nakato, Y. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 1648-1651.
54. Nakamura, R.; Okamura, T.; Ohashi, N.; Imanishi, A.; Nakato, Y. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12975-12983.
55. Nakato, Y.; Tsumura, A.; Tsubomura, H. Chem. Phys. Lett. 1982, 85, 387-390.
56. Nakato, Y.; Tsumura, A.; Tsubomura, H. J. Phys. Chem. 1983, 87, 2402-2405.
57. Nakato, Y.; Ogawa, H.; Morita, K.; Tsubomura, H. J. Phys. Chem. 1986, 86, 6210-6216.
58. Nakato, Y.; Akanuma, H.; Shimizu, J.-I.; Magari, Y. J. Electroanal. Chem. 1995, 396, 35-39.
59. Magari, Y.; Ochi, H.; Yae, S.; Nakato, Y. Solid/Liquid Electrochemical Interfaces; ACS Symposium Series No. 656; The American Chemical Society: Washington, DC, 1997; pp 297-309.
60. Nakato, Y.; Akanuma, H.; Magari, Y.; Yae, S.; Shimizu, J.-I.; Mori, H. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4934-4939.
61. Tsujiko, A.; Kisumi, T.; Magari, Y.; Murakoshi, K.; Nakato, Y. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4873-4879.
62. How, R. F.; Gräetzel, M. J. Phys. Chem. 1987, 91, 3906-3909.
63. Micic, O. I.; Zhang, Y.; Cromack, K. R.; Trifunac, A. D.; Thuraauer, M. C. J. Phys. Chem. 1993, 97, 7277-7283.
64. Micic, O. I.; Zhang, Y.; Cromack, K. R.; Trifunac, A. D.; Thuraauer, M. C. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13284-13288.
65. Ishibashi, K.; Fujishima, A.; Watanabe, T.; Hashimoto, K. J. Photochem. Photobiol., A 2000, 134, 139-142.
66. Brookes, I. M.; Muryn, C. A.; Thornton, G. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 266103(1)-(4).
67. Muryn, C. A.; Hardman, P. J.; Crouch, J. J.; Raiker, G. N.; Thornton, G. D.S.L. law, Surf. Sci. 1991, 251-252, 747-752.
68. Henderson, M. A. Surf. Sci. Rep. 2002, 46, 1-308.
69. Xu, B.; Jing, L.; Ren, Z.; Wang, B.; Fu, H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 2805-2809.
70. Yu. J. C.; Yu, J.; Zhao, J. J. Appl. Catal., B 2002, 36, 31-43.
71. Sham, T. K.; Lazarus, M. S. Chem. Phys. Lett. 1979, 68, 426-432.
72. Delahay, P.; Von Burg, K. Chem. Phys. Lett. 1981, 83, 250-254.
73. Bard, A. J. Standard potentials in aqueous solution; Marcel Dekker Inc.: New York, 1985.
74. Electrochemical Handbook, 5th ed.; The Electrochemical Society of Japan, Maruzen: Tokyo, 2000.
75. Connor, P. A.; Dobson, K. D.; McQuillan, A. J. Langmuir 1999, 15, 2402-2408.
76. Imanishi, A.; Tsuji, E.; Nakato, Y. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 2128-2132.
77. Uetsuka, H.; Sasahara, A.; Onishi, H. Langmuir 2004, 20, 4782-4783.
78. Bullard, J. W.; Cima, M. J. Langmuir 2006, 22, 10264-10271.
79. Dobson, K. D.; Connor, P. A.; McQuillan, A. J. Langmuir 1997, 13, 2614-2616.
80. Tsujiko, A.; Saji, Y.; Murakoshi, K.; Nakato, Y. Electrochemistry 2002, 70, 457-459.
81. Henderson, M. A. Langmuir 1996, 12, 5093-5098.
82. Schaub, R.; Thostrup, P.; Lopez, N.; Lægsgaard, E.; Stensgaard, I.; Nørskov, J. K.; Besenbacher, F. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 266104(1)-(4).
83. Diebold, U. Surf. Sci. Rep. 2003, 48, 53-229.
84. Nakanishi, S.; Tanaka, T.; Tsuji, E.; Fukushima, S.; Fukami, K.; Nagai, T.; Nakamura, R.; Imanishi, A.; Nakato, Y. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 3934-3937.
85. Tsujiko, A.; Itoh, H.; Kisumi, T.; Shiga, A.; Murakoshi, K.; Nakato, Y. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 5878-5885.
86. Shkrob, I. A.; Sauer, M. C., Jr. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 12497-12511.
87. Yoshihara, T.; Tamaki, Y.; Furube, A.; Murai, M.; Hara, K.; Katoh, R., Chem. Phys. Lett. 2007, 438, 268-273.
88. Yang, X.; Tamai, N. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 3393.
89. Lawless, D.; Serpone, N.; Meisel, D. J. Phys. Chem. 1991, 95, 5166.
90. Thomas, J. K.; Rabani, J.; Matheson, M. S.; Hart, E. J.; Gordon, S. J. Phys. Chem. 1966, 70, 2409.