Instantaneous generation of charge-separated state on TiO2 surface sensitized with plasmonic nanoparticles

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 11, 2014, Pages 4343-4354

  Long, Run ^a,b   Prezhdo, Oleg V ^b  

^a UNIVERSITY COLLEGE DUBLIN   (Ireland)

^b UNIVERSITY OF ROCHESTER   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTRONS; HYBRID MATERIALS; MOLECULAR DYNAMICS; NANOPARTICLES; PHOTOEXCITATION; PLASMONS; SEPARATION; SURFACES;

ELECTRON-HOLE RECOMBINATION; ELECTRON-PHONON RELAXATION; METALLIC NANOPARTICLES; NONADIABATIC MOLECULAR DYNAMICS; PHOTOCATALYTIC PROCESS; PHOTOINDUCED CHARGE SEPARATION; PLASMONIC NANOPARTICLE; WIDE-BAND-GAP SEMICONDUCTOR;

TITANIUM DIOXIDE;

GOLD NANOPARTICLE; TITANIUM DIOXIDE;

ADIABATICITY; ARTICLE; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRON TRANSPORT; ENERGY TRANSFER; ENTROPY; FOURIER TRANSFORMATION; LIGHT ABSORPTION; MOLECULAR DYNAMICS; PHONON; PHOTOCATALYSIS; PHOTOSENSITIZATION; SEMICONDUCTOR; STATIC ELECTRICITY; SURFACE PROPERTY;

EID: 84896530636     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja5001592     Document Type: Article

References (96)

1. Subramanian, V.; Wolf, E. E.; Kamat, P. V. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4943
2. Schwartz, V.; Mullins, D. R.; Yan, W.; Chen, B.; Dai, S.; Overbury, S. H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15782
3. Chen, M. S.; Goodman, D. W. Catal. Today 2006, 111, 22
4. Matthey, D.; Wang, J. G.; Wendt, S.; Matthiesen, J.; Schaub, R.; Lægsgaard, E.; Hammer, B.; Besenbacher, F. Science 2007, 315, 1692
5. Zhu, H. M.; Song, N. H.; Lv, H. J.; Hill, C. L.; Lian, T. Q. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11701
6. Wang, L.; Wang, H.; Hapala, P.; Zhu, L. F.; Ren, L. M.; Meng, X. J.; Lewis, J. P.; Xiao, F. S. J. Catal. 2011, 281, 30
7. Akimov, A. V.; Muckerman, J. T.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8682
8. Park, J. B.; Graciani, J.; Evans, J.; Stacchiola, D.; Senanayake, S. D.; Barrio, L.; Liu, P.; Sanz, J. F.; Hrbek, J.; Rodriguez, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 132, 356
9. Qi, J.; Dang, X.; Hammond, P. T.; Belcher, A. M. ACS Nano 2011, 5, 7108
10. Brown, G. E.; Henrich, V. E.; Casey, W. H.; Clark, D. L.; Eggleston, C.; Felmy, A.; Goodman, D. W.; Grätzel, M.; Maciel, G.; McCarthy, M. I.; Nealson, K. H.; Sverjensky, D. A.; Toney, M. F.; Zachara, J. M. Chem. Rev. 1998, 99, 77
11. Furube, A.; Du, L.; Hara, K.; Katoh, R.; Tachiya, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14852
12. Tian, Y.; Tatsuma, T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7632
13. Vazhappilly, T.; Kilin, D. S.; Micha, D. A. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 25525
14. Kilin, D. S.; Micha, D. A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 770
15. Wu, K. F.; Zhu, H. M.; Liu, Z.; Rodriguez-Cordoba, W.; Lian, T. Q. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10337
16. Chen, Y.-S.; Choi, H.; Kamat, P. V. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8822
17. Mayer, K. M.; Lee, S.; Liao, H.; Rostro, B. C.; Fuentes, A.; Scully, P. T.; Nehl, C. L.; Hafner, J. H. ACS Nano 2008, 2, 687
18. Pozzi, E. A.; Sonntag, M. D.; Jiang, N.; Klingsporn, J. M.; Hersam, M. C.; Van Duyne, R. P. ACS Nano 2013, 7, 885
19. Reineck, P.; Gomez, D.; Ng, S. H.; Karg, M.; Bell, T.; Mulvaney, P.; Bach, U. ACS Nano 2013, 7, 6636
20. Hartland, G. V. Chem. Rev. 2011, 111, 3858
21. Jensen, L.; Aikens, C. M.; Schatz, G. C. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1061
22. Provorse, M. R.; Aikens, C. M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1302
23. Murphy, S.; Huang, L. B.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 4740
24. Ghosh, S. K.; Pal, T. Chem. Rev. 2007, 107, 4797
25. Gobin, A. M.; Lee, M. H.; Halas, N. J.; James, W. D.; Drezek, R. A.; West, J. L. Nano Lett. 2007, 7, 1929
26. Murphy, C. J.; Gole, A. M.; Stone, J. W.; Sisco, P. N.; Alkilany, A. M.; Goldsmith, E. C.; Baxter, S. C. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1721
27. Carr, J. A.; Wang, H.; Abraham, A.; Gullion, T.; Lewis, J. P. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 25816
28. Min, C.; Wang, P.; Chen, C.; Deng, Y.; Lu, Y.; Ming, H.; Ning, T.; Zhou, Y.; Yang, G. Opt. Lett. 2008, 33, 869
29. Le, F.; Brandl, D. W.; Urzhumov, Y. A.; Wang, H.; Kundu, J.; Halas, N. J.; Aizpurua, J.; Nordlander, P. ACS Nano 2008, 2, 707
30. Nahm, C.; Choi, H.; Kim, J.; Jung, D.-R.; Kim, C.; Moon, J.; Lee, B.; Park, B. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 253107
31. Mubeen, S.; Hernandez-Sosa, G.; Moses, D.; Lee, J.; Moskovits, M. Nano Lett. 2011, 11, 5548
32. Han, Y.; Tretiak, S.; Kilin, D. Mol. Phys. 2013, 112, 474
33. Craig, C. F.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 163001
34. Habenicht, B. F.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 197402
35. Jaeger, H. M.; Fischer, S.; Prezhdo, O. V. J. Chem. Phys. 2012, 137, 22A545
36. Bigelow, N. W.; Vaschillo, A.; Iberi, V.; Camden, J. P.; Masiello, D. J. ACS Nano 2012, 6, 7497
37. Kilina, S. V.; Kilin, D. S.; Prezhdo, O. V. ACS Nano 2008, 3, 93
38. Tully, J. C. J. Chem. Phys. 1990, 93, 1061
39. Hammes-Schiffer, S.; Tully, J. C. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4657
40. Parandekar, P. V.; Tully, J. C. J. Chem. Phys. 2005, 122, 094102
41. Tretiak, S.; Igumenshchev, K.; Chernyak, V. Phys. Rev. B 2005, 71, 033201
42. Baer, R.; Neuhauser, D. J. Chem. Phys. 2004, 121, 9803
43. Chapman, C. T.; Liang, W.; Li, X. S. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1189
44. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133
45. Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 10757-10816
46. Jasper, A. W.; Nangia, S.; Zhu, C.; Truhlar, D. G. Acc. Chem. Res. 2005, 39, 101
47. Long, R.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19240
48. Fischer, S. A.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15483
49. Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 17998
50. Bao, H.; Habenicht, B. F.; Prezhdo, O. V.; Ruan, X. Phys. Rev. B 2009, 79, 235306
51. Long, R.; English, N. J.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14238
52. Duncan, W. R.; Craig, C. F.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8528
53. Akimov, A. V.; Neukirch, A. J.; Prezhdo, O. V. Chem. Rev. 2013, 113, 4496
54. Sousa, C.; Tosoni, S.; Illas, F. Chem. Rev. 2012, 113, 4456
55. Prezhdo, O. V. J. Chem. Phys. 1999, 111, 8366
56. Isborn, C. M.; Li, X.; Tully, J. C. J. Chem. Phys. 2007, 126, 134307
57. Prezhdo, O. V.; Rossky, P. J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 5863
58. Bittner, E. R.; Rossky, P. J. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8130
59. Mukamel, S. In Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995.
60. Habenicht, B. F.; Kamisaka, H.; Yamashita, K.; Prezhdo, O. V. Nano Lett. 2007, 7, 3260
61. Habenicht, B. F.; Kalugin, O. N.; Prezhdo, O. V. Nano Lett. 2008, 8, 2510
62. Ulrike, D. Surf. Sci. Rep. 2003, 48, 53
63. Li, J.; Li, X.; Zhai, H.-J.; Wang, L.-S. Science 2003, 299, 864
64. Gruene, P.; Rayner, D. M.; Redlich, B.; van der Meer, A. F. G.; Lyon, J. T.; Meijer, G.; Fielicke, A. Science 2008, 321, 674
65. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169
66. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865
67. Dudarev, S. L.; Botton, G. A.; Savrasov, S. Y.; Humphreys, C. J.; Sutton, A. P. Phys. Rev. B 1998, 57, 1505
68. Du, A.; Ng, Y. H.; Bell, N. J.; Zhu, Z.; Amal, R.; Smith, S. C. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 894
69. Nelson, T. R.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3702
70. Kilina, S.; Velizhanin, K. A.; Ivanov, S.; Prezhdo, O. V.; Tretiak, S. ACS Nano 2012, 6, 6515
71. Chaban, V. V.; Prezhdo, V. V.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 4, 1
72. Kamisaka, H.; Kilina, S. V.; Yamashita, K.; Prezhdo, O. V. Nano Lett. 2006, 6, 2295
73. Madrid, A. B.; Hyeon-Deuk, K.; Habenicht, B. F.; Prezhdo, O. V. ACS Nano 2009, 3, 2487
74. Blobner, F.; Coto, P. B.; Allegretti, F.; Bockstedte, M.; Rubio-Pons, O.; Wang, H. B.; Allara, D. L.; Zharnikov, M.; Thoss, M.; Feulner, P. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 436
75. Rego, L. G. C.; Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7989
76. Guo, D.; Knight, T. E.; McCusker, J. K. Science 2011, 334, 1684
77. Stier, W.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Adv. Mater. 2004, 16, 240
78. Stier, W.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8047
79. Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9756
80. Duncan, W. R.; Stier, W. M.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7941
81. Choi, H.; Chen, W. T.; Kamat, P. V. ACS Nano 2012, 6, 4418
82. Chen, W.-T.; Hsu, Y.-J.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2493
83. Cushing, S. K.; Li, J.; Meng, F.; Senty, T. R.; Suri, S.; Zhi, M.; Li, M.; Bristow, A. D.; Wu, N. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15033
84. Miller, W. H.; George, T. F. J. Chem. Phys. 1972, 56, 16
85. Guo, Z.; Habenicht, B. F.; Liang, W.-Z.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. B 2010, 81, 125415
86. Neukirch, A. J.; Guo, Z.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 15034
87. Molina, B. S.; Calles., J. R. Rev. Mex. Fis. 2008, 54, 5
88. Baumard, J.-F.; Gervais, F. Phys. Rev. B 1977, 15, 2316
89. Lehmann, J.; Merschdorf, M.; Pfeiffer, W.; Thon, A.; Voll, S.; Gerber, G. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 2921
90. Krukau, A. V.; Vydrov, O. A.; Izmaylov, A. F.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 224106
91. Long, R.; English, N. J.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18892
92. Gong, X.-Q.; Selloni, A.; Dulub, O.; Jacobson, P.; Diebold, U. J. Am. Chem. Soc. 2007, 130, 370
93. Liu, M.; Pelton, M.; Guyot-Sionnest, P. Phys. Rev. B 2009, 79, 035418
94. Link, S.; El-Sayed, M. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 4212
95. Swamy, V. Phys. Rev. B 2008, 77, 195414
96. Wang, Z.; Yang, C.; Lin, T.; Yin, H.; Chen, P.; Wan, D.; Xu, F.; Huang, F.; Lin, J.; Xie, X.; Jiang, M. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 5444