Water splitting over graphene-based catalysts: Ab initio calculations

ACS Catalysis

Volumn 4, Issue 6, 2014, Pages 2016-2021

  Boukhvalov, D W ^a   Son, Y W ^a   Ruoff, R S ^b,c  

^a Korea Institute for Advanced Study   (South Korea)

^b The University of Texas at Austin   (United States)

^c Ulsan National Institute of Science and Technology   (South Korea)

Author keywords

carbocatalysis; DFT; graphene; modeling; oxidation; water splitting

Indexed keywords

CALCULATIONS; COPPER; DOPING (ADDITIVES); MODELS; MONOLAYERS; OXIDATION;

AB INITIO CALCULATIONS; CARBOCATALYSIS; CATALYTIC PROPERTIES; DFT; FIRST-PRINCIPLES MODEL; NITROGEN-DOPED GRAPHENE; WATER OXIDATION; WATER SPLITTING;

GRAPHENE;

EID: 84902192589     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cs5002288     Document Type: Review

References (63)

1. Bockris, J. O.; Veziroglu, T. N. Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 1605-1610
2. Suh, M. P.; Park, H. J.; Prasad, T. K.; Lim, D.-W. Chem. Rev. 2012, 112, 782-835
3. Eberle, U.; Felderhoff, M.; Schüth, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6608-6630
4. Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1890-1898
5. Kudo, A.; Miseki, Y. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253-278
6. Nikiforov, A. V.; Petrushina, I. M.; Christensen, E.; Tomás-García, A. L.; Bjerrum, N. J. Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 111-119
7. Stamenkovic, V.; Mun, B. S.; Mayrhofer, K. J. J.; Ross, P. N.; Markovic, N. M.; Rossmeisl, J.; Greeley, J.; Nørskov, J. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 2897-2901
8. Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Nørskov, J. K. Chem. Phys. 2005, 319, 178-184
9. Man, I. C.; Su, H.-Y.; Calle-Vallejo, F.; Hansen, H. A.; Martinez, J. I.; Inoglu, N. G.; Kitchin, J.; Jaramillo, T. F.; Nørskov, J. K.; Rossmeisl, J. ChemCatChem 2011, 3, 1159-1165
10. Tilley, S. D.; Cornuz, M.; Sivula, K.; Grätzel, M. Angew. Chem. 2010, 122, 6549-6552
11. Li, Q.; He, R.; Gao, J.-A.; Jensen, J. O.; Bjerrum, N. J. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A1599-A1605
12. Grunes, J.; Zhu, J.; Yang, M.; Somorjai, G. A. Catal. Lett. 2003, 86, 157-161
13. Su, D. S.; Perathoner, S.; Centi, G. Chem. Rev. 2013, 113, 5782-5816
14. Matter, P. H.; Zhang, L.; Ozkan, U. S. J. Catal. 2006, 239, 83-96
15. Matter, P. H.; Wang, E.; Arias, M.; Biddinger, E. J.; Ozkan, U. S. J. Mol. Catal. A: Chem. 2007, 264, 73-81
16. Niwa, H.; Horiba, K.; Harada, Y.; Oshima, M.; Ikeda, T.; Terakura, K.; Ozaki, J.; Miyata, S. J. Power Sources 2009, 187, 93-97
17. Xiong, W.; Du, F.; Liu, Y.; Perez, A., Jr.; Supp, M.; Ramakrishnan, T. S.; Dai, L.; Jiang, L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15839-15841
18. Tang, Y.; Allen, B. L.; Kauffman, D. R.; Star, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13200-13201
19. Maldonado, S.; Stevenson, K. J. J. Phys. Chem. C 2005, 109, 4707-4716
20. Kundu, S.; Chikka, T.; Xia, W.; Wang, Y.; Van Dommele, S.; Hendrik, J.; Santa, M.; Grundmeier, G.; Bron, M.; Schuhmann, W.; Muhler, M. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14302-14310
21. Chen, Z.; Higgins, D.; Tao, H.; Hsu, R. S.; Chen, Z. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 21008-21013
22. Nagaiah, T. C.; Kundu, S.; Bron, M.; Muhlen, M.; Schuhmann, W. Electrochem. Commun. 2010, 12, 338-341
23. Subramanian, N. P.; Li, X.; Nallathambi, V.; Kumaraguru, P.; Colon-Mercado, H.; Wu, G.; Lee, J.-W.; Popov, B. N. J. Power Sources 2009, 188, 38-44
24. Qu, L.; Liu, Y.; Baek, J.-B.; Dai, L. ACS Nano 2010, 4, 1321-1326
25. Yang, S.; Feng, X.; Wang, X.; Müllen, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 5339-5343
26. Panchakarla, L. S.; Subrahmanyam, K. S.; Saha, S. K.; Govindaraj, A.; Krishnamurthy, H. R.; Waghmare, U. V.; Rao, C. N. R. Adv. Mater. 2009, 21, 4726-4730
27. Sheng, Z.-H.; Gao, H.-L.; Bao, W.-J.; Wang, F.-B.; Xia, X.-H. J. Mater. Chem. 2012, 22, 390-395
28. Lin, T.; Huang, F.; Liang, J.; Wang, Y. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 862-865
29. Yang, Z.; Yao, Z.; Li, G.; Fang, G.; Nie, H.; Liu, Z.; Zhou, X.; Chen, X.; Huang, S. ACS Nano 2012, 6, 205-211
30. Yang, S.; Zhi, L.; Tang, K.; Feng, X.; Maier, J.; Müllen, K. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3634-3640
31. Liang, J.; Jiao, Y.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 11496-11500
32. Dreyer, D. R.; Jia, H.-P.; Bielawski, C. W. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 6813-6818
33. Jia, H.-P.; Dreyer, D. R.; Bielawski, C. W. Tetrahedron 2011, 67, 4431-4434
34. Jia, H.-P.; Dreyer, D. R.; Bielawski, C. W. Adv. Synth. Catal. 2011, 353, 528-532
35. Dreyer, D. D.; Jia, H.-P.; Todd, A. D.; Geng, J.; Bielawski, C. W. Org. Biomol. Chem. 2011, 9, 7292-7295
36. Su, C. L.; Acik, M.; Takai, K.; Lu, J.; Hao, S.-J.; Zheng, Y.; Wu, P. P.; Bao, Q. L.; Enoki, T.; Chabal, Y. J.; Loh, K. P. Nat. Commun. 2012, 3, 1298
37. Yermakov, A. Ye.; Boukhvalov, D. W.; Uimin, M. A.; Lokteva, E. S.; Erokhin, A. V.; Schegoleva, N. N. ChemPhysChem 2013, 14, 381-385
38. Boukhvalov, D. W.; Dreyer, D. R.; Bielawski, C. W.; Son, Y.-W. ChemCatChem 2012, 4, 1844
39. Boukhvalov, D. W.; Son, Y.-W. Nanoscale 2012, 4, 417-420
40. Wei, D.; Wu, B.; Guo, Y.; Liu, Y. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 106-115
41. Zhang, Y.; Zhang, L.; Zhou, C. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2329-2339
42. Yan, K.; Fu, L.; Peng, H.; Liu, Z. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2263-2274
43. Seah, C.-M.; Chai, S.-P.; Mohamed, A. R. Carbon 2014, 70, 1-12
44. Hansen, H. A.; Rossmeisl, J.; Nørskov, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 3722-3730
45. Nørskov, J.; Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Lindqvist, L.; Kitchin, J. R.; Bligaard, T.; Jónsson, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 17886-17892
46. Kimmel, G. A.; Mattheisen, J.; Baer, M.; Mundy, C. J.; Petrik, N. G.; Smith, R. S.; Dohnálek, Z.; Kay, B. D. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12838-12844
47. Kim, J.-S.; Choi, J. S.; Lee, M. J.; Park, B. H.; Bukhvalov, D.; Son, Y.-W.; Yoon, D.; Cheong, H.; Park, J. Y.; Salmeron, M. Sci. Rep. 2013, 3, 2309
48. Boukhvalov, D. W.; Katsnelson, M. I.; Son, Y.-W. Nano Lett. 2013, 13, 3930-3935
49. Zheng, Y.; Su, C.; Lu, J.; Loh, K. P. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 8708-8712
50. Soler, J. M.; Artacho, E.; Gale, J. D.; Garsia, A.; Junquera, J.; Orejon, P.; Sanchez-Portal, D. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 2745-2779
51. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
52. Dion, M.; Rydberg, H.; Schröder, H.; Langreth, D. C.; Lundqvist, B. I. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 246401
53. Troullier, O. N.; Martins, J. L. Phys. Rev. B 1991, 43, 1993-2006
54. Monkhorst, H. J.; Park, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188-5192
55. https://wiki.fysik.dtu.dk/ase/.
56. Kaukonen, M.; Krasheninnikov, A. V.; Kauppinen, E.; Nieminen, R. M. ACS Catal. 2013, 3, 159-165
57. Boukhvalov, D. W. RSC Adv. 2013, 3, 7150-7159
58. Boukhvalov, D. W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 15367-15371
59. Nikiforov, A. V.; Petrushina, I. M.; Christensen, E.; Alexeev, N. V.; Samokhin, A. V.; Bjerrum, N. J. Int. J. Hydrogen Energy 2012, 37, 18591-18597
60. Zeng, K.; Zhang, D. Prog. Energy Combust. Sci. 2010, 36, 307-312
61. Polonskỳ, J.; Petrushina, I. M.; Christensen, E.; Bouzek, K.; Prag, C. B.; Andersen, J. E. T.; Bjerrum, N. J. Int. J. Hydrogen Energy 2011, 37, 2173-2181
62. Schriver, M.; Regan, W.; Gannet, W. J.; Zaniewski, A. M.; Crommie, M. F.; Zettl, A. ACS Nano 2013, 7, 5763-5768
63. Zhou, F.; Li, Z.; Shenoy, G. J.; Liu, H. ACS Nano 2013, 7, 6939-6947