Enhanced photoelectrochemical water-splitting performance of semiconductors by surface passivation layers

Energy and Environmental Science

Volumn 7, Issue 8, 2014, Pages 2504-2517

  Liu, Rui ^a   Zheng, Zhi ^b,c   Spurgeon, Joshua ^a   Yang, Xiaogang ^b,c  

^a California Institute of Technology   (United States)

^b Key Laboratory of Micro Nano Materials for Energy Storage Conversion of Henan Province   (China)

^c XUCHANG UNIVERSITY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTROCHEMISTRY; PASSIVATION; REACTION KINETICS; SOLAR ENERGY;

CHARGE RECOMBINATIONS; CHEMICAL CORROSION; PASSIVATION EFFECT; PHOTOELECTROCHEMICALS; SEMICONDUCTOR ELECTRODE; SOLAR WATER SPLITTING; SURFACE PASSIVATION; SUSTAINABLE ENERGY;

SEMICONDUCTOR DEVICES;

EID: 84904544602     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c4ee00450g     Document Type: Review

References (102)

1. A. Kudo Y. Miseki Chem. Soc. Rev. 2009 38 253 278
2. IEA, Key World Energy Statistics, OECD Publishing, 2010
3. A. Fujishima K. Honda Nature 1972 238 37 38
4. O. Khaselev J. A. Turner Science 1998 280 425 427
5. M. Gratzel Chem. Lett. 2005 34 8 12
6. N. S. Lewis D. G. Nocera Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 15729 15735
7. D. Ginley M. A. Green R. Collins MRS Bull. 2008 33 355 364
8. M. G. Walter E. L. Warren J. R. McKone S. W. Boettcher Q. X. Mi E. A. Santori N. S. Lewis Chem. Rev. 2010 110 6446 6473
9. X. Chen S. Shen L. Guo S. S. Mao Chem. Rev. 2010 110 6503 6570
10. M. Gratzel Nature 2001 414 338 344
11. S. Licht B. Wang S. Mukerji T. Soga M. Umeno H. Tributsch Int. J. Hydrogen Energy 2001 26 653 659
12. H. Dotan O. Kfir E. Sharlin O. Blank M. Gross I. Dumchin G. Ankonina A. Rothschild Nat. Mater. 2013 12 158 164
13. M. S. Prévot K. Sivula J. Phys. Chem. C 2013 117 17879 17893
14. S. K. Mohapatra S. E. John S. Banerjee M. Misra Chem. Mater. 2009 21 3048 3055
15. 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
16. A. Mao K. Shin J. K. Kim D. H. Wang G. Y. Han J. H. Park ACS Appl. Mater. Interfaces 2011 3 1852 1858
17. Y. Lin G. Yuan R. Liu S. Zhou S. W. Sheehan D. Wang Chem. Phys. Lett. 2011 507 209 215
18. M. D. Kelzenberg D. B. Turner-Evans M. C. Putnam S. W. Boettcher R. M. Briggs J. Y. Baek N. S. Lewis H. A. Atwater Energy Environ. Sci. 2011 4 866 871
19. S. W. Boettcher E. L. Warren M. C. Putnam E. A. Santori D. Turner-Evans M. D. Kelzenberg M. G. Walter J. R. McKone B. S. Brunschwig H. A. Atwater N. S. Lewis J. Am. Chem. Soc. 2011 133 1216 1219
20. L. Li Y. Yu F. Meng Y. Tan R. J. Hamers S. Jin Nano Lett. 2012 12 724 731
21. C. Liu N. P. Dasgupta P. Yang Chem. Mater. 2013 26 415 422
22. Y. J. Hwang C. Hahn B. Liu P. Yang ACS Nano 2012 6 5060 5069
23. Y. Lin S. Zhou S. W. Sheehan D. Wang J. Am. Chem. Soc. 2011 133 2398 2401
24. Y. Lin G. Yuan S. W. Sheehan S. Zhou D. Wang Energy Environ. Sci. 2011 4 4862 4869
25. J. Shi X. Wang Energy Environ. Sci. 2012 5 7918 7922
26. B. Klahr S. Gimenez F. Fabregat-Santiago J. Bisquert T. W. Hamann J. Am. Chem. Soc. 2012 134 16693 16700
27. P. Dai J. Xie M. T. Mayer X. Yang J. Zhan D. Wang Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 11119 11123
28. B. Seger A. B. Laursen P. C. K. Vesborg T. Pedersen O. Hansen S. Dahl I. Chorkendorff Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 9128 9131
29. R. L. Grimm M. J. Bierman L. E. O'Leary N. C. Strandwitz B. S. Brunschwig N. S. Lewis J. Phys. Chem. C 2012 116 23569 23576
30. Y. Lin Y. Xu M. T. Mayer Z. I. Simpson G. McMahon S. Zhou D. Wang J. Am. Chem. Soc. 2012 134 5508 5511
31. Y. W. Chen J. D. Prange S. Dühnen Y. Park M. Gunji C. E. D. Chidsey P. C. McIntyre Nat. Mater. 2011 10 539 544
32. F. Le Formal N. Tetreault M. Cornuz T. Moehl M. Gratzel K. Sivula Chem. Sci. 2011 2 737 743
33. M. Barroso A. J. Cowan S. R. Pendlebury M. Grätzel D. R. Klug J. R. Durrant J. Am. Chem. Soc. 2011 133 14868 14871
34. K. P. Pande Y. S. Hsu J. M. Borrego S. K. Ghandhi Appl. Phys. Lett. 1978 33 717 719
35. B. Miller A. Heller S. Menezes H. J. Lewerenz Faraday Discuss. Chem. Soc. 1980 70 223 232
36. H. Yoneyama Y. Murao H. Tamura J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1980 108 87 96
37. F. Le Formal S. R. Pendlebury M. Cornuz S. D. Tilley M. Grätzel J. R. Durrant J. Am. Chem. Soc. 2014 136 2564 2574
38. K. Sivula J. Phys. Chem. Lett. 2013 4 1624 1633
39. T. P. Brennan J. T. Tanskanen K. E. Roelofs J. W. F. To W. H. Nguyen J. R. Bakke I. K. Ding B. E. Hardin A. Sellinger M. D. McGehee S. F. Bent J. Phys. Chem. C 2013 117 24138 24149
40. S. S. Pandey S. Sakaguchi Y. Yamaguchi S. Hayase Org. Electron. 2010 11 419 426
41. S. C. Riha B. M. Klahr E. C. Tyo S. Seifert S. Vajda M. J. Pellin T. W. Hamann A. B. F. Martinson ACS Nano 2013 7 2396 2405
42. T. Hisatomi F. Le Formal M. Cornuz J. Brillet N. Tetreault K. Sivula M. Gratzel Energy Environ. Sci. 2011 4 2512 2515
43. M. Liu C.-Y. Nam C. T. Black J. Kamcev L. Zhang J. Phys. Chem. C 2013 117 13396 13402
44. L. Rovelli S. D. Tilley K. Sivula ACS Appl. Mater. Interfaces 2013 5 8018 8024
45. M. H. Lee K. Takei J. Zhang R. Kapadia M. Zheng Y.-Z. Chen J. Nah T. S. Matthews Y.-L. Chueh J. W. Ager A. Javey Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 10760 10764
46. T. Wang Z. Luo C. Li J. Gong Chem. Soc. Rev. 2014 10.1039/c3cs60370a
47. J. G. Li S. Kim S. Edington J. Nedy S. Cho K. Lee A. J. Heeger M. C. Gupta J. T. Yates Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011 95 1123 1130
48. M. J. Kenney M. Gong Y. Li J. Z. Wu J. Feng M. Lanza H. Dai Science 2013 342 836 840
49. A. C. Nielander M. J. Bierman N. Petrone N. C. Strandwitz S. Ardo F. Yang J. Hone N. S. Lewis J. Am. Chem. Soc. 2013 135 17246 17249
50. R. Liu Y. Lin L.-Y. Chou S. W. Sheehan W. He F. Zhang H. J. M. Hou D. Wang Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 499 502
51. L.-Y. Chou R. Liu W. He N. Geh Y. Lin E. Y. F. Hou D. Wang H. J. M. Hou Int. J. Hydrogen Energy 2012 37 8889 8896
52. Z. Li W. Luo M. Zhang J. Feng Z. Zou Energy Environ. Sci. 2013 6 347 370
53. A. K. Ghosh C. Fishman T. Feng J. Appl. Phys. 1980 51 446 454
54. I. Visoly-Fisher S. R. Cohen A. Ruzin D. Cahen Adv. Mater. 2004 16 879 883
55. K. Peng Y. Xu Y. Wu Y. Yan S.-T. Lee J. Zhu Small 2005 1 1062 1067
56. K. Sivula F. Le Formal M. Grätzel ChemSusChem 2011 4 432 449
57. P. C. Searson P. V. Nagarkar R. M. Laianision Int. J. Hydrogen Energy 1989 14 131 136
58. X. Yang C. Du R. Liu J. Xie D. Wang J. Catal. 2013 304 86 91
59. S. D. Tilley M. Cornuz K. Sivula M. Gratzel Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 6405 6408
60. L. Badia-Bou E. Mas-Marza P. Rodenas E. M. Barea F. Fabregat-Santiago S. Gimenez E. Peris J. Bisquert J. Phys. Chem. C 2013 117 3826 3833
61. F. F. Abdi R. Van de Krol J. Phys. Chem. C 2012 116 9398 9404
62. D. K. Zhong S. Choi D. R. Gamelin J. Am. Chem. Soc. 2011 133 18370 18377
63. R. Abe M. Higashi K. Domen J. Am. Chem. Soc. 2010 132 11828 11829
64. W. Kim T. Tachikawa D. Monllor-Satoca H.-i. Kim T. Majima W. Choi Energy Environ. Sci. 2013 6 3732 3739
65. J. Wu Y. Li J. Kubota K. Domen M. Aagesen T. Ward A. Sanchez R. Beanland Y. Zhang M. Tang S. Hatch A. Seeds H. Liu Nano Lett. 2014 14 2013 2018
66. J. R. McKone A. P. Pieterick H. B. Gray N. S. Lewis J. Am. Chem. Soc. 2012 135 223 231
67. M. J. Choi J.-Y. Jung M.-J. Park J.-W. Song J.-H. Lee J. H. Bang J. Mater. Chem. A 2014 2 2928
68. B. Klahr S. Gimenez F. Fabregat-Santiago T. Hamann J. Bisquert J. Am. Chem. Soc. 2012 134 4294 4302
69. M. Barroso C. A. Mesa S. R. Pendlebury A. J. Cowan T. Hisatomi K. Sivula M. Gratzel D. R. Klug J. R. Durrant Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 15640 15645
70. C. Y. Cummings F. Marken L. M. Peter A. A. Tahir K. G. U. Wijayantha Chem. Commun. 2012 48 2027 2029
71. A. J. Bard A. B. Bocarsly F. R. F. Fan E. G. Walton M. S. Wrighton J. Am. Chem. Soc. 1980 102 3671 3677
72. E. McCafferty, in Introduction to Corrosion Science, Springer, New York, 2010, ch. 6, pp. 95-117
73. A. J. Bard M. S. Wrighton J. Electrochem. Soc. 1977 124 1706 1710
74. H. Gerischer J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1977 82 133 143
75. S. Chen L.-W. Wang Chem. Mater. 2012 24 3659 3666
76. P. A. Kohl S. N. Frank A. J. Bard J. Electrochem. Soc. 1977 124 225 229
77. A. Kargar K. Sun Y. Jing C. Choi H. Jeong G. Y. Jung S. Jin D. Wang ACS Nano 2013 7 9407 9415
78. A. Kargar K. Sun Y. Jing C. Choi H. Jeong Y. Zhou K. Madsen P. Naughton S. Jin G. Y. Jung D. Wang Nano Lett. 2013 13 3017 3022
79. B. Seger T. Pedersen A. B. Laursen P. C. K. Vesborg O. Hansen I. Chorkendorff J. Am. Chem. Soc. 2013 135 1057 1064
80. Y. Lin C. Battaglia M. Boccard M. Hettick Z. Yu C. Ballif J. W. Ager A. Javey Nano Lett. 2013 13 5615 5618
81. A. Paracchino V. Laporte K. Sivula M. Grätzel E. Thimsen Nat. Mater. 2011 10 456 461
82. Z. Zhang R. Dua L. Zhang H. Zhu H. Zhang P. Wang ACS Nano 2013 7 1709 1717
83. P. Nikolaychuk Silicon 2014 1 8
84. M. Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions, Pergamon Press, London, 1966
85. F. R. F. Fan R. G. Keil A. J. Bard J. Am. Chem. Soc. 1983 105 220 224
86. A. T. Howe R. T. Hawkins T. H. Fleisch J. Electrochem. Soc. 1986 133 1369 1375
87. F. Gstrein D. J. Michalak D. W. Knapp N. S. Lewis J. Phys. Chem. C 2007 111 8120 8127
88. E. W. Cowell N. Alimardani C. C. Knutson J. F. Conley D. A. Keszler B. J. Gibbons J. F. Wager Adv. Mater. 2011 23 74 78
89. G. Campet J. P. Manaud C. Puprichitkun Z. W. Sun P. Salvador Act. Passive Electron. Compon. 1989 13 175 189
90. A. G. Aberle Prog. Photovoltaics 2000 8 473 487
91. N. C. Strandwitz D. J. Comstock R. L. Grimm A. C. Nichols-Nielander J. Elam N. S. Lewis J. Phys. Chem. C 2013 117 4931 4936
92. K. Sun X. Pang S. Shen X. Qian J. S. Cheung D. Wang Nano Lett. 2013 13 2064 2072
93. K. Sun N. Park Z. Sun J. Zhou J. Wang X. Pang S. Shen S. Y. Noh Y. Jing S. Jin P. K. L. Yu D. Wang Energy Environ. Sci. 2012 5 7872 7877
94. M. Higashi K. Domen R. Abe J. Am. Chem. Soc. 2012 134 6968 6971
95. M. Liao J. Feng W. Luo Z. Wang J. Zhang Z. Li T. Yu Z. Zou Adv. Funct. Mater. 2012 22 3066 3074
96. C.-Y. Lin Y.-H. Lai D. Mersch E. Reisner Chem. Sci. 2012 3 3482 3487
97. M. Moriya T. Minegishi H. Kumagai M. Katayama J. Kubota K. Domen J. Am. Chem. Soc. 2013 135 3733 3735
98. M. Seol J. W. Jang S. Cho J. S. Lee K. Yong Chem. Mater. 2012 25 184 189
99. D. R. Gamelin Nat. Chem. 2012 4 965 967
100. A. J. Cowan C. J. Barnett S. R. Pendlebury M. Barroso K. Sivula M. Gratzel J. R. Durrant D. R. Klug J. Am. Chem. Soc. 2011 133 10134 10140
101. C. Du X. Yang M. T. Mayer H. Hoyt J. Xie G. McMahon G. Bischoping D. Wang Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 12692 12695
102. J. Xie X. Yang B. Han Y. Shao-Horn D. Wang ACS Nano 2013 7 6337 6345