Soft-chemical exfoliation route to layered cobalt oxide monolayers and its application for film deposition and nanoparticle synthesis

Chemistry - A European Journal

Volumn 15, Issue 41, 2009, Pages 10752-10761

  Kim, Tae Woo ^a,b   Oh, Eun Jin ^a   Jee, Ah Young ^a   Lim, Seung Tae ^a   Park, Dae Hoon ^a   Lee, Minyung ^a   Hyun, Sang Hoon ^b   Choy, Jin Ho ^a   Hwang, Seong Ju ^a  

^a Ewha Womans University   (South Korea)

^b Yonsei University   (South Korea)

Author keywords

Colloids; Exfoliation; Layered cobalt oxide; Nanoparticles; Nanosheets

Indexed keywords

COBALT OXIDES; COLLOIDAL SUSPENSIONS; EXFOLIATION; EXFOLIATION PROCESS; EXFOLIATION ROUTES; FILM DEPOSITION; HEIGHT PROFILES; IN-PLANE STRUCTURES; LAYERED COBALT OXIDE; LAYERED COBALT OXIDES; LITHIUM COBALT OXIDES; MONODISPERSE; NANOPARTICLE SYNTHESIS; NEGATIVE SURFACE CHARGES; POLYCATIONS; PROTONATED; SELECTED AREA ELECTRON DIFFRACTION; TETRAMETHYLAMMONIUM IONS; UNILAMELLAR; UV/ VIS SPECTROSCOPY; X-RAY ABSORPTION NEAR-EDGE STRUCTURE; ZETA POTENTIAL MEASUREMENTS;

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; COBALT COMPOUNDS; COLLOID CHEMISTRY; ELECTRON DIFFRACTION; ELECTRON ENERGY LEVELS; MONOLAYERS; NANOPARTICLES; NANOSHEETS; SOLID SOLUTIONS; SUGAR (SUCROSE); SUSPENSIONS (FLUIDS); SYNTHESIS (CHEMICAL); TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; TWO DIMENSIONAL; X RAY DIFFRACTION ANALYSIS;

COBALT;

EID: 70350220532     PISSN: 09476539     EISSN: 15213765     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/chem.200901590     Document Type: Article

References (106)

1. a) J. Hu, T. W. Odom, C. M. Lieber, Acc. Chem. Res. 1999, 32, 435;
2. b) C. Dekker, Phys. Today 1999, 52, 22;
3. c) P. Moriarty, Rep. Prog. Phys. 2001, 64, 297.
4. a) T. Trindade, P. O'Brien, N. L. Pickett, Chem. Mater. 2001, 13, 3843;
5. b) X. Wang, J. Zhuang, Q. Peng, Y. Li, Nature 2005, 437, 121.
6. a) M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Yan, Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, P. Yang, Science 2001, 292, 1897;
7. b) X. Wang, Y. Li, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 2880;
8. c) Y. Xia, P. Yang, Y. Sun, Y. Wu, B. Mayers, B. Gates, Y. Yin, F. Kim, H. Yan, Adv. Mater. 2003, 15, 353.
9. a) R. Schöllhorn, Chem. Mater. 1996, 8, 1747;
10. b) Handbook of Layered Materials (Eds.: S. M. Auerbach, K. A. Carrado, P. K. Dutta), Marcel Dekker, New York, 2004;
11. c) A. J. Jacobson, Mater. Sci. Forum 1994, 152-153, 1;
12. d) A. J. Jacobson, Comprehensive Supramolecular Chemistry: Colloidal Dispersion of Compounds with Layer and Chain Structures, Vol.7 (Eds.: G. Alberit, T. Bein), Elsevier, Oxford, 1996, p. 315.
13. a) Z. H. Liu, K. Ooi, H. Kanoh, W. P. Tang, T. Tomida, Langmuir 2000, 16, 4154;
14. b) Q. Gao, O. Giraldo, W. Tong, S. L. Suib, Chem. Mater. 2001, 13, 778;
15. c) Y. Tsunoda, W. Sugimoto, Y. Sugahara, Chem Mater. 2003, 15, 632.
16. J. Y. Kim, I. Chung, J. H. Choy, G. S. Park, Chem Mater. 2001, 13, 2759.
17. a) P. H. Nadeau, M. J. Wilson, W. J. McHardy, J. M. Tait, Science 1984, 225, 923;
18. b) P. H. Nadeau, M. J. Wilson, W. J. McHardy, J. M. Tait, Clay Miner. 1984, 19, 67;
19. c) P. H. Nadeau, M. J. Wilson, W. J. McHardy, J. M. Tait, Clay Miner. 1984, 19, 757.
20. a) T Cassagneau, J. H. Fendler, Adv. Mater. 1998, 10, 877;
21. b) P. Liu, K. Gong, Carbon 1999, 37, 706;
22. c) Z. H. Liu, Z. M. Wang, X. Yang, K. Ooi, Langmuir 2002, 18, 4926;
23. d) X. Li, G. Zhang, X. Bai, X. Sun, X. Wang, E. Wang, H. Dai, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 538.
24. a) M. M. J. Treacy, S. B. Rice, A. J. Jacobson, J. T. Lewandowski, Chem Mater. 1990, 2, 279;
25. b) K. Domen, Y. Ebina, S. Ikeda, A. Tanaka, J. N. Kondo, K. Maruya, Catal. Today 1996, 28, 167;
26. c) T. Sasaki, M. Watanabe, H. Hashizume, H. Yamada, H. Nakazawa, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8329;
27. d) T. Sasaki, M. Watanabe, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 4682;
28. e) R. E. Schaak, T. E. Mallouk, Chem. Mater. 2002, 14, 1455;
29. f) Y. Omomo, T. Sasaki, L. Wang, M. Watanabe, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3568;
30. g) K. Fukuda, K. Akatsuka, Y. Ebina, R. Ma, K. Takada, I. Nakai, T. Sasaki, ACS Nano 2008, 2, 1689.
31. a) Y. S. Han, I. Park, J. H. Choy, J. Mater. Chem. 2001, 11, 1277;
32. b) R.E. Schaak, T. E. Mallouk, Chem. Mater. 2002, 14, 1455;
33. c) S. Ida, C. Ogata, U. Unal, K. Izawa, T. Inoue, O. Altuntasoglu, Y. Matsumoto, J. Am. Chem Soc. 2007, 129, 8956;
34. d) S. Ida, C. Ogata, M. Eguchi, W. J. Youngblood, T. E. Mallouk, Y. Matsumoto, J. Am. Chem Soc. 2008, 130, 7052.
35. a) M. Adachi-Pagano, C. Forano, J. P. Besse, Chem. Commun. 2000, 91;
36. b) F. Leroux, M. Adachi-Pagano, M. Intissar, S. Chauviére, C. Forano, J. P. Besse, J. Mater. Chem. 2001, 11, 105;
37. c) Layered Double Hydroxides: Present and Future (Ed. V. Rives), Nova Science, New York, 2001;
38. d) Z. Liu, R. Ma, M. Osada, N. Lyi, Y. Ebina, K. Takada, T. Sasaki, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4872;
39. e) R. Ma, Z. Liu, L. Li, N. Lyi, K. Takada, T. Sasaki, J. Mater. Chem. 2006, 16, 3809;
40. f) S. Ida, D. Shiga, M. Koinuma, Y. Matsumoto, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14038.
41. a) D. W. Murphy, G. W. Hull, J. Chem. Phys. 1975, 62, 973;
42. b) A. Lerf, R. Schöllhorn, Inorg. Chem. 1977, 16, 2950;
43. c) H. L. Tsai, J. L. Schindler, C. R. Kannewurf, M. G. Kanatzidis, Chem. Mater. 1997, 9, 875;
44. d) L. Hernan, J. Morales, J. Santos, J. Solid State Chem. 1998, 141, 323;
45. e) J. Heising, M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11720.
46. a) L. Wang, P. Brazis, M. Rocci, C. R. Kannewurf, M. G. Kanatzidis, Chem. Mater. 1998, 10, 3298;
47. b) L. Wang, M. Rocci-Lane, P. Brazis, C. R. Kannewurf, Y. I. Kim, W. Lee, J. H. Choy, M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6629.
48. a) R. M. Tindwa, D. K. Ellis, G. Z. Peng, A. Clearfield, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1985, 81, 545;
49. b) H. N. Kim, S. W. Keller, T. E. Mallouk, Chem. Mater. 1997, 9, 1414;
50. c) G. Alberti, C. Dionigi, E. Giontella, S. Murcia-Mascaros, J. Colloid Interface Sci. 1997, 188, 27;
51. d) G. Alberti, E. Giontella, S. Murcia-Mascarós, Inorg. Chem. 1997, 36, 2844.
52. a) J. H. Choy, H. C. Lee, H. Kim, H. Boo, Chem. Mater. 2002, 14, 2486;
53. b) L. Wang, Y. Ebina, K. Takada, K. Kurashima, T. Sasaki, Adv. Mater. 2004, 16, 1412;
54. c) S. M. Paek, H. Jung, M. Park, J. K. Lee, J. H. Choy, Chem. Mater. 2005, 17, 3492;
55. d) S. M. Paek, H. Jung, Y. J. Lee, M. Park, S. J. Hwang, J. H. Choy, Chem. Mater. 2006, 18, 1134;
56. e) S. G. Hur, T. W. Kim, S. J. Hwang, S. H. Hwang, J. H. Yang, J. H. Choy, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 1599;
57. f) H. M. Park, T. W. Kim, S. J. Hwang, J. H. Choy, Bull. Korean Chem. Soc. 2006, 27, 1323.
58. a) T. Sasaki, Y. Ebina, T. Tanaka, M. Harada, M. Watanabe, Chem. Mater. 2001, 13, 4661;
59. b) X. Yang, Y. Makita, Z. H. Liu, K. Ooi, Chem. Mater. 2003, 15, 1228;
60. c) L. Wang, N. Sakai, Y. Ebina, K. Takada, T Sasaki, Chem. Mater. 2005, 17, 1352;
61. d) L. Li, Y. Ebina, K. Fukuda, K. Takada, T. Sasaki, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8000;
62. e) N. Sakai, K. Fukuda, Y. Omomo, Y. Ebina, K. Takada, T. Sasaki, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5197.
63. a) R. E. Schaak, T. E. Mallouk, Chem. Mater. 2000, 12, 3427;
64. b) G. B. Saupe, C. C. Waraksa, H. N. Kim, Y. J. Han, D. M. Kaschak, D. M. Skinner, T. E. Mallouk, Chem. Mater. 2000, 12, 1556;
65. c) L. Wang, T. Sasaki, Y. Ebina, K. Kurashima, M. Watanabe, Chem. Mater. 2002, 14, 4827;
66. d) L. Wang, Y. Ebina, K. Takada, T. Sasaki, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4283;
67. e) Y. Kobayashi, H. Hata, M. Salama, T. E. Mallouk, Nano Lett. 2007, 7, 2142.
68. K. Maeda, M. Eguchi, W. J. Youngblood, T. E. Mallouk, Chem. Mater. 2008, 20, 6770.
69. a) T. W. Kim, S. G. Hur, S. J. Hwang, J. H. Choy, Chem. Commun. 2006, 220;
70. b) T. W. Kim, S. J. Hwang, Y. Park, W. Choi, J. H. Choy, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 1658;
71. c) T. W. Kim, S. G. Hur, S. J. Hwang, H. Park, W. Choi, J. H. Choy, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 307;
72. d) T. W. Kim, H. W. Ha, M. J. Paek, I. H. Paek, S. H. Hyun, J. H. Choy, S. J. Hwang, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 14853;
73. e) T. W. Kim, S. J. Hwang, S. H. Jhung, J. S. Chang, H. Park, W. Choi, J. H. Choy, Adv. Mater. 2008, 20, 539.
74. a) K. Mizushima, P. C. Jones, P. J. Wiseman, J. B. Goodenough, Mater. Res. Bull. 1980, 15, 783;
75. b) M. S. Whittingham, Chem. Rev. 2004, 104, 4271;
76. c) J. M. Tarascon, M. Armand, Nature 2001, 414, 359.
77. a) J. H. Choy, H. Jung, Y. S. Han, J. B. Yoon, Y. G. Shul, H. J. Kim, Chem. Mater. 2002, 14, 3823;
78. b) V. Skumryev, S. Stoyanov, Y. Zhang, G. Hadjipanayis, D. Givord, J. Nogués, Nature 2003, 423, 850;
79. c) H. K. Lin, H. C. Chiu, H. C. Tsai, S. H. Chien, C. B. Wang, Catal. Lett. 2003, 88, 169;
80. d) J. J. Spivey, Ind. Eng. Chem. Res. 1987, 26, 2165;
81. e) M. M. Natile, A. Glisenti, J. Mol. Catal. A 2004, 217, 175.
82. a) N. Koshizaki, K. Yasumoto, T. Sasaki, Sens. Actuators B 2000, 66, 122;
83. b) E. Fischer, G. Gorodetsky, R. M. Horneich, Solid State Commun. 1972, 10, 1127;
84. c) A. G. Belous, O. V. Ovchar, A. V. Kramarenko, D. O. Mishchuk, B. Janear, J Bezjak, D. Suvorov, Inorg. Mater. 2006, 42, 1369.
85. a) K. Takada, H. Sakurai, E. Takayama-Muromachi, F. Izumi, R. A. Dilanian, T. Sasaki, Nature 2003, 422, 53;
86. b) R. E. Schaak, T. Klimczuk, M. L. Foo, R. J. Cava, Nature 2003, 424, 527;
87. c) K. Takada, H. Sakurai, E. Takayama-Muromachi, F. Izumi, R. A. Dilanian, T. Sasaki, Adv. Mater. 2004, 16, 1901;
88. d) C. A. Marianetti, G. Kotliar, G. Ceder, Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 196405;
89. e) F. C. Chou, J. H. Cho, P. A. Lee, E. T. Abel, K. Matan, Y. S. Lee, Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 157004;
90. f) M. Bañobre-López, F. Rivadulla, R. Caudillo, M. A. Lopez-Quintela, J. Rivas, J. B. Goodenough, Chem. Mater. 2005, 17, 1965.
91. a) J. H. Choy, S. J Kwon, G. S. Park, Science 1998, 280, 1589;
92. b) J. H. Choy, S. J. Hwang, N. G. Park, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 1624;
93. c) I. W. Chung, S. J. Kwon, S. J. Kim, E. S. Jang, S. J. Hwang, J. H. Choy, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16197.
94. Y. Masuda, Y. Hamada, W. S. Seo, K. Koumoto, J. Nanosci. Nanotechnol. 2006, 6, 1632.
95. Supporting Information.
96. R. Gupta, A. Manthiram, J. Solid State Chem. 1996, 121, 483.
97. Z. Ren, Y. W. Wang, S. Liu, J. Wang, Z. A. Xu, G. H. Cao, Chem. Mater. 2005, 17, 1501.
98. M. Karppinen, M. Matvejeff, K. Salomäki, H. Yamauchi, J. Mater. Chem. 2002, 12, 1761.
99. R. Ma, Z. Liu, K. Takada, K. Fukuda, Y. Ebina, Y. Bando, T. Sasaki, Inorg. Chem. 2006, 45, 3964.
100. L. Poul, N. Jouini, F. Fiévet, Chem. Mater. 2000, 12, 3123.
101. The theoretical monolayer thickness of cobalt oxide layer was estimated from ionic radius in R. D. Shannon, Acta Crystallogr. Sect. A 1976, 32, 751.
102. A. Moen, D. G. Nicholson, Chem. Mater. 1997, 9, 1241.
103. H. C. Choi, S. Y. Lee, S. B. Kim, M. G. Kim, M. K. Lee, H. J. Shin, J. S. Lee, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 9252.
104. M. Wang, A. Navrotsky, Solid State Ionics 2004, 166, 167.
105. J. J. Chang, E. S. Jang, B. H. Sohn, S. J. Hwang, J. H. Choy, Thin Solid Films 2006, 495, 78.
106. B. K. Teo, EXAFS: Basic Principles and Data Analysis, Springer, Berlin, 1986.