Water-splitting catalysis and solar fuel devices: Artificial leaves on the move

Angewandte Chemie - International Edition

Volumn 52, Issue 40, 2013, Pages 10426-10437

  Joya, Khurram Saleem ^a,b,c   Joya, Yasir F ^e   Ocakoglu, Kasim ^f   Van De Krol, Roel ^d  

^a LEIDEN UNIVERSITY   (Netherlands)

^b MAX PLANCK INSTITUTE FOR CHEMICAL ENERGY CONVERSION   (Germany)

^c UNIVERSITY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY   (Pakistan)

^d HAHN MEITNER INSTITUT   (Germany)

^e GIK INSTITUTE OF ENGINEERING SCIENCES AND TECHNOLOGY   (Pakistan)

^f MERSIN UNIVERSITY   (Turkey)

Author keywords

artificial leaves; electrocatalysis; molecular catalysts; solar fuels; water splitting

Indexed keywords

ARTIFICIAL LEAVES; ARTIFICIAL PHOTOSYNTHETIC SYSTEMS; ELECTROCATALYTIC; FUTURE PERSPECTIVES; MOLECULAR CATALYSTS; SOLAR FUELS; SOURCE OF ELECTRONS; WATER SPLITTING;

CARBON DIOXIDE; CATALYSIS; ELECTROCATALYSIS; OXIDATION; SOLAR ENERGY;

FUELS;

EID: 84884879248     PISSN: 14337851     EISSN: 15213773     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/anie.201300136     Document Type: Review

References (110)

1. M. G. Walter, E. L. Warren, J. R. McKone, S. W. Boettcher, Q. Mi, E. A. Santori, N. S. Lewis, Chem. Rev. 2010, 110, 6446-6473.
2. R. Cao, W. Laia, P. Du, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8134-8157.
3. K. S. Joya, H. J. M. de Groot, Int. J. Hydrogen Energy 2012, 37, 8787-8799
4. K. S. Joya, Molecular Catalytic System for Efficient Water Splitting, PhD thesis, Leiden University (The Netherlands), 2011.
5. D. G. Nocera, Acc. Chem. Res. 2012, 45, 767-776.
6. R. Angamuthu, P. Byers, M. Lutz, A. L. Spek, E. Bouwman, Science 2010, 327, 313-315.
7. M. Halmann, Nature 1978, 275, 115-116
8. H. Li, P. H. Opgenorth, D. G. Wernick, S. Rogers, T.-Y. Wu, W. Higashide, P. Malati, Y.-X. Huo, K. M. Cho, J. C. Liao, Science 2012, 335, 1596.
9. D. Gust, T. A. Moore, A. L. Moore, Faraday Discuss. 2012, 155, 9-26.
10. K. S. Joya, J. L. Vallés-Pardo, Y. F. Joya, T. Eisenmayer, B. Thomas, F. Buda, H. J. M. de Groot, ChemPlusChem 2013, 78, 35-47.
11. T. J. Meyer, Nature 2008, 451, 778-779.
12. C. J. Gagliardi, A. K. Vannucci, J. J. Concepcion, Z. Chen, T. J. Meyer, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7704-7717.
13. D. Gust, T. A. Moore, A. L. Moore, Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1890-1898.
14. X. Sala, I. Romero, M. Rodŕguez, L. Escriche, A. Llobet, Angew. Chem. 2009, 121, 2882-2893
15. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2842-2852
16. M. M. Najafpour, T. Ehrenberg, M. Wiechen, P. Kurz, Angew. Chem. 2010, 122, 2281-2285
17. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2233-2237.
18. H. Yamazaki, A. Shouji, M. Kajita, M. Yagi, Coord. Chem. Rev. 2010, 254, 2483-2491.
19. J. L. Vallés-Pardo, M. C. Guijt, M. Iannuzzi, K. S. Joya, H. J. M. de Groot, F. Buda, ChemPhysChem 2012, 13, 140-146
20. K. S. Joya, H. J. M. de Groot, Proceedings of the 4th ECCLS 2011, pp. 51-54.
21. L. Duan, L. Tong, Y. Xua, L. Sun, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3296-3313.
22. P. D. Tran, L. H. Wong, J. Barber, J. S. C. Loo, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5902-5918.
23. V. Artero, M. Chavarot-Kerlidou, M. Fontecave, Angew. Chem. 2011, 123, 7376-7405
24. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7238-7266.
25. H. Dau, C. Limberg, T, Reier, M. Risch, S. Roggan, P. Strasser, ChemCatChem 2010, 2, 724-761.
26. A. Kubacka, M. Fernández-García, G. Colón, Chem. Rev. 2012, 112, 1555-1614.
27. M. Liao, J. Feng, W. Luo, Z, Wang, J. Zhang, Z. Li, T. Yu, Z. Zou, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3066-3074.
28. G. Zhu, Y. V. Geletii, P. Kögerler, H. Schilder, J. Song, S. Lense, C. Zhao, K. I. Hardcastle, D. G. Musaev, C. L. Hill, Dalton Trans. 2012, 41, 2084-2090.
29. K. Takanabe, K. Domen, Green 2011, 1, 313-322
30. A. Kudo, Y. Miseki, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253-278.
31. R. Subbaraman, D. Tripkovic, K.-C. Chang, D. Strmcnik, A. P. Paulikas, P. Hirunsit, M. Chan, J. Greeley, V. Stamenkovic, N. M. Markovic, Nat. Mater. 2012, 11, 550-557.
32. X. Liu, F. Wang, Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 1115-1136.
33. D. B. Grotjahn, D. B. Brown, J. K. Martin, D. C. Marelius, M.-C. Abadjian, H. N. Tran, G. Kalyuzhny, K. S. Vecchio, Z. G. Specht, S. A. Cortes-Llamas, V. Miranda-Soto, C. van Niekerk, C. E. Moore, A. L. Rheingold, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19024-19027.
34. A. K. Poulsen, A. Rompel, C. J. McKenzie, Angew. Chem. 2005, 117, 7076-7080
35. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 6916-6920.
36. P. Kurz, G. Berggren, M. F. Anderlund, S. Styring, Dalton Trans. 2007, 4258-4261.
37. E. A. Karlsson, B.-L. Lee, T. Åkermark, E. V. Johnston, M. D. Kärkäs, J. Sun, Ö. Hansson, J.-E. Bäckvall, B. Åkermark, Angew. Chem. 2011, 123, 11919-11922
38. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11715-11718.
39. L. Duan, F. Bozoglian, S. Mandal, B. Stewart, T. Privalov, A. Llobet, L. Sun, Nat. Chem. 2012, 4, 418-423.
40. T. Wada, K. Tsuge, K. Tanaka, Angew. Chem. 2000, 112, 1539-1542
41. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 1479-1482.
42. J. Mola, E. Mas-Marza, X. Sala, I. Romero, M. Rodríguez, C. Viňas, T. Parella, A. Llobet, Angew. Chem. 2008, 120, 5914-5916
43. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5830-5832.
44. J. J. Concepcion, J. W. Jurss, P. G. Hoertz, T. J. Meyer, Angew. Chem. 2009, 121, 9637-9640
45. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9473-9476.
46. K. S. Joya, N. K. Subbaiyan, F. D'Souza, H. J. M. de Groot, Angew. Chem. 2012, 124, 9739-9743
47. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9601-9605.
48. F. Li, B. Zhang, X. Li, Y. Jiang, L. Chen, Y. Li, L. Sun, Angew. Chem. 2011, 123, 12484-12487
49. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 12276-12279.
50. S. M. Barnett, K. I. Goldberg, J. M. Mayer, Nat. Chem. 2012, 4, 498-502.
51. W. J. Youngblood, S.-H. A. Lee, K. Maeda, T. E. Mallouk, Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1966-1973.
52. L. Li, L. Duan, Y. Xu, M. Gorlov, A. Hagfeldt, L. Sun, Chem. Commun. 2010, 46, 7307-7309.
53. R. Brimblecombe, A. Koo, G. C. Dismukes, G. F. Swiegers, L. Spiccia, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2892-2894.
54. R. K. Hocking, R. Brimblecombe, L.-Y. Chang, A. Singh, M. H. Cheah, C. Glover, W. H. Casey, H. Spiccia, Nat. Chem. 2011, 3, 461-466.
55. U. Hintermair, S. M. Hashmi, M. Elimelech, R. H. Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9785-9795.
56. J. Newman, P. G. Hoertz, C. F. Bonino, J. A. Trainham, J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A 1722 -A 1729.
57. R. E. Rocheleau, E. L. Miller, A. Misra, Energy Fuels 1998, 12, 3-10.
58. S. Y. Reece, J. A. Hamel, K. Sung, T. D. Jarvi, A. J. Esswein, J. J. H. Pijpers, D. G. Nocera, Science 2011, 334, 645-648.
59. M. W. Kanan, D. G. Nocera, Science 2008, 321, 1072-1075.
60. Y. Surendranath, M. Dinca, D. G. Nocera, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2615-2620.
61. D. A. Lutterman, Y. Surendranath, D. G. Nocera, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3838-3839.
62. S. Licht, B. Wang, S. Mukerji, T. Soga, M. Umeno, H. Tributsch, J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8920-8924.
63. M. F. Weber, M. J. Dignam, J. Electrochem. Soc. 1984, 131, 1258-1265.
64. O. Khaselev, J. A. Turner, Science 1998, 280, 425-427.
65. R. F. Service, Science 2011, 334, 925-927.
66. Report: B. D. James, G. N. Baum, J. Perez, K. N. Baum, Technoeconomic Analysis of Photoelectrochemical (PEC) Hydrogen Production, 2009. Virginia, Directed Technologies Inc.
67. E. L. Miller, R. E. Rocheleau, S. Khan, Int. J. Hydrogen Energy 2004, 29, 907-914.
68. E. L. Miller, D. Paluselli, B. Marsen, R. E. Rocheleau, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2005, 88, 131-144.
69. M. Grätzel, Nature 2001, 414, 338-344.
70. J. Brillet, M. Cornuz, F. Le Formal, J. H. Yum, M. Grätzel, K. Sivula, J. Mater. Res. 2010, 25, 17-24
71. J. Brillet, J. H. Yum, M. Cornuz, T. Hisatomi, R. Solarska, J. Augustynski, M. Grätzel, K. Sivula, Nat. Photonics 2012, 6, 824-828.
72. K. Sivula, F. Le Formal, M. Grätzel, ChemSusChem 2011, 4, 432-449
73. F. F. Abdi, N. Firet, R. van de Krol, ChemCatChem 2013, 5, 490-496.
74. A. Paracchino, V. Laporte, K. Sivula, M. Grätzel, E. Thimsen, Nat. Mater. 2011, 10, 456-461.
75. R. Abe, M. Higashi, K. Domen, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11828-11829.
76. S. Banerjee, S. K. Mohapatra, M. Misra, Chem. Commun. 2009, 7137-7139.
77. R. van de Krol, Y. Q. Liang, J. Schoonman, J. Mater. Chem. 2008, 18, 2311-2320.
78. Photoelectrochemical Hydrogen Production (Eds.:, R. van de Krol, M. Grätzel,), Springer, New York, 2012.
79. B. O'Regan, M. Grätzel, Nature 1991, 353, 737-740.
80. B. D. Alexander, P. J. Kulesza, L. Rutkowska, R. Solarska, J. Augustynski, J. Mater. Chem. 2008, 18, 2298-2303.
81. W. J. Youngblood, S. H. A. Lee, Y. Kobayashi, E. A. Hernandez-Pagan, P. G. Hoertz, T. A. Moore, A. L. Moore, D. Gust, T. E. Mallouk, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 926-927.
82. A. Harriman, I. J. Pickering, J. M. Thomas, P. A. Christensen, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1 1988, 84, 2795-2806.
83. F. Le Formal, N. Tetreault, M. Cornuz, T. Moehl, M. Gratzel, K. Sivula, Chem. Sci. 2011, 2, 737-743.
84. I. S. Cho, Z. B. Chen, A. J. Forman, D. R. Kim, P. M. Rao, T. F. Jaramillo, X. L. Zheng, Nano Lett. 2011, 11, 4978-4984.
85. J. H. Noh, H. S. Han, S. Lee, J. Y. Kim, K. S. Hong, G. S. Han, H. Shin, H. S. Jung, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 829-835.
86. J. R. Maiolo, B. M. Kayes, M. A. Filler, M. C. Putnam, M. D. Kelzenberg, H. A. Atwater, N. S. Lewis, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12346-12347.
87. S. W. Boettcher, J. M. Spurgeon, M. C. Putnam, E. L. Warren, D. B. Turner-Evans, M. D. Kelzenberg, J. R. Maiolo, H. A. Atwater, N. S. Lewis, Science 2010, 327, 185-187.
88. D. D. Qin, C. L. Tao, S. A. Friesen, T. H. Wang, O. K. Varghese, N. Z. Bao, Z. Y. Yang, T. E. Mallouk, C. A. Grimes, Chem. Commun. 2012, 48, 729-731.
89. G. K. Mor, H. E. Prakasam, O. K. Varghese, K. Shankar, C. A. Grimes, Nano Lett. 2007, 7, 2356-2364.
90. M. T. Mayer, C. Du, D. W. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12406-12409.
91. Y. J. Lin, S. Zhou, S. W. Sheehan, D. W. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2398-2401.
92. X. J. Feng, T. J. Latempa, J. I. Basham, G. K. Mor, O. K. Varghese, C. A. Grimes, Nano Lett. 2010, 10, 948-952.
93. http://solarfuelshub.org.
94. J. M. Spurgeon, M. G. Walter, J. F. Zhou, P. A. Kohl, N. S. Lewis, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1772-1780.
95. J. M. Spurgeon, S. W. Boettcher, M. D. Kelzenberg, B. S. Brunschwig, H. A. Atwater, N. S. Lewis, Adv. Mater. 2010, 22, 3277-3281.
96. S. L. McFarlane, B. A. Day, K. McEleney, M. S. Freund, N. S. Lewis, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1700-1703.
97. Y. Hou, B. L. Abrams, P. C. K. Vesborg, M. E. Bjorketun, K. Herbst, L. Bech, A. M. Setti, C. D. Damsgaard, T. Pedersen, O. Hansen, J. Rossmeisl, S. Dahl, J. K. Nørskov, I. Chorkendorff, Nat. Mater. 2011, 10, 434-438.
98. S. Rani, S. C. Roy, M. Paulose, O. K. Varghese, G. K. Mor, S. Kim, S. Yoriya, T. J. LaTempa, C. A. Grimes, Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 2780-2800.
99. G. K. Mor, O. K. Varghese, R. H. T. Wilkie, S. Sharma, K. Shankar, T. J. Latempa, K. S. Choi, C. A. Grimes, Nano Lett. 2008, 8, 1906-1911.
100. J. H. Park, S. Kim, A. J. Bard, Nano Lett. 2006, 6, 24-28.
101. C. Ampelli, G. Centi, R. Passalacqua, R. Perathoner, Energy Environ. Sci. 2010, 3, 292-301.
102. S. Bensaid, G. Centi, E. Garrone, S. Perathoner, G. Saracco, ChemSusChem 2012, 5, 500-521.
103. W. J. Chun, A. Ishikawa, H. Fujisawa, T. Takata, J. N. Kondo, M. Hara, M. Kawai, Y. Matsumoto, K. Domen, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1798-1803.
104. R. Abe, T. Takata, H. Sugihara, K. Domen, Chem. Lett. 2005, 34, 1162-1163.
105. M. Higashi, K. Domen, R. Abe, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4138-4147.
106. M. Higashi, K. Domen, R. Abe, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6968-6971.
107. M. Katterle, V. Prokhorenko, A. Holzwarth, A. Jesorka, Chem. Phys. Lett. 2007, 447, 284-288.
108. S. V. Bhosale, C. H. Janiab, S. J. Langford, Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 331-342
109. N. Sakai, J. Mareda, E. Vauthey, S. Matile, Chem. Commun. 2010, 46, 4225-4237.
110. S. L. Suraru, U. Zschieschang, H. Klauk, F. Wurthner, Chem. Commun. 2011, 47, 11504-11506.