Earth-abundant copper-based bifunctional electrocatalyst for both catalytic hydrogen production and water oxidation

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 3, 2015, Pages 1530-1538

  Liu, Xiang ^a   Zheng, Huafei ^a   Sun, Zijun ^a   Han, Ali ^a   Du, Pingwu ^a  

^a UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA   (China)

Author keywords

bifunctional; copper; electrocatalysis; hydrogen production; noble metal free electrocatalyst; water oxidation

Indexed keywords

AMORPHOUS MATERIALS; ANODIC OXIDATION; CATALYSTS; CATALYTIC OXIDATION; COPPER; COPPER COMPOUNDS; DOPING (ADDITIVES); ELECTROCATALYSIS; ELECTROCATALYSTS; HYDROGEN STORAGE; NANOCOMPOSITES; OXIDATION; PRECIOUS METALS; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; TIN OXIDES; X RAY DIFFRACTION; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

BI-FUNCTIONAL; BI-FUNCTIONAL CATALYSTS; BIFUNCTIONAL ELECTROCATALYSTS; FLUORINE DOPED TIN OXIDE; METAL-FREE ELECTROCATALYSTS; POWDER X RAY DIFFRACTION; PRODUCTION OF HYDROGEN; WATER OXIDATION;

HYDROGEN PRODUCTION;

EID: 84924271213     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cs501480s     Document Type: Article

References (79)

1. Gray, H. B. Nat. Chem. 2009, 1, 7 10.1038/nchem.141
2. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 15729-15735 10.1073/pnas.0603395103
3. Walter, M. G.; Warren, E. L.; McKone, J. R.; Boettcher, S. W.; Mi, Q. X.; Santori, E. A.; Lewis, N. S. Chem. Rev. 2010, 110, 6446-6473 10.1021/cr1002326
4. Dresselhaus, M. S.; Thomas, I. L. Nature 2001, 414, 332-337 10.1038/35104599
5. Armaroli, N.; Balzani, V. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 46, 52-66 10.1002/anie.200602373
6. Cook, T. R.; Dogutan, D. K.; Reece, S. Y.; Surendranath, Y.; Teets, T. S.; Nocera, D. G. Chem. Rev. 2010, 110, 6474-6502 10.1021/cr100246c
7. Esswein, A. J.; Nocera, D. G. Chem. Rev. 2007, 107, 4022-4047 10.1021/cr050193e
8. McEvoy, J. P.; Brudvig, G. W. Chem. Rev. 2006, 106, 4455-4483 10.1021/cr0204294
9. Alstrum-Acevedo, J. H.; Brennaman, M. K.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 2005, 44, 6802-6827 10.1021/ic050904r
10. Gratzel, M. Acc. Chem. Res. 1981, 14, 376-384 10.1021/ar00072a003
11. Duan, L.; Bozoglian, F.; Mandal, S.; Stewart, B.; Privalov, T.; Llobet, A.; Sun, L. Nat. Chem. 2012, 4, 418-423 10.1038/nchem.1301
12. Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Balcells, D.; Hull, J. F.; Olack, G. W.; Incarvito, C. D.; Eisenstein, O.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16017-16029 10.1021/ja104775j
13. Blakemore, J. D.; Mara, M. W.; Kushner-Lenhoff, M. N.; Schley, N. D.; Konezny, S. J.; Rivalta, I.; Negre, C. F. A.; Snoeberger, R. C.; Kokhan, O.; Huang, J.; Stickrath, A.; Tran, L. A.; Parr, M. L.; Chen, L. X.; Tiede, D. M.; Batista, V. S.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Inorg. Chem. 2013, 52, 1860-1871 10.1021/ic301968j
14. Lalrempuia, R.; McDaniel, N. D.; Muller-Bunz, H.; Bernhard, S.; Albrecht, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 9765-9768 10.1002/anie.201005260
15. McDaniel, N. D.; Coughlin, F. J.; Tinker, L. L.; Bernhard, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 210-217 10.1021/ja074478f
16. Du, P.; Eisenberg, R. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6012-6021 10.1039/c2ee03250c
17. Fukuzumi, S.; Hong, D. C.; Yamada, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3458-3467 10.1021/jz401560x
18. Fukuzumi, S.; Hong, D. C. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 645-659 10.1002/ejic.201300684
19. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072-1075 10.1126/science.1162018
20. Nocera, D. G. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 767-776 10.1021/ar2003013
21. Artero, V.; Chavarot-Kerlidou, M.; Fontecave, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7238-7266 10.1002/anie.201007987
22. Du, P.; Knowles, K.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12576-12577 10.1021/ja804650g
23. Han, A.; Wu, H.; Sun, Z.; Jia, H.; Yan, Z.; Ma, H.; Liu, X.; Du, P. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 10929-10934 10.1021/am500830z
24. Hong, D.; Jung, J.; Park, J.; Yamada, Y.; Suenobu, T.; Lee, Y.-M.; Nam, W.; Fukuzumi, S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7606-7616 10.1039/c2ee21185h
25. Bediako, D. K.; Lassalle-Kaiser, B.; Surendranath, Y.; Yano, J.; Yachandra, V. K.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6801-6809 10.1021/ja301018q
26. Dinca, M.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 10337-10341 10.1073/pnas.1001859107
27. Yu, X.; Xu, P.; Hua, T.; Han, A.; Liu, X.; Wu, H.; Du, P. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 10467-10475 10.1016/j.ijhydene.2014.04.191
28. Hong, D. C.; Yamada, Y.; Nagatomi, T.; Takai, Y.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19572-19575 10.1021/ja309771h
29. Fillol, J. L.; Codola, Z.; Garcia-Bosch, I.; Gomez, L.; Pla, J. J.; Costas, M. Nat. Chem. 2011, 3, 807-813 10.1038/nchem.1140
30. Ellis, W. C.; McDaniel, N. D.; Bernhard, S.; Collins, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10990-10991 10.1021/ja104766z
31. Surendranath, Y.; Dinca, M.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2008, 131, 2615-2620 10.1021/ja807769r
32. Kanan, M. W.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 109-114 10.1039/b802885k
33. Huang, Z.; Luo, Z.; Geletii, Y. V.; Vickers, J. W.; Yin, Q.; Wu, D.; Hou, Y.; Ding, Y.; Song, J.; Musaev, D. G.; Hill, C. L.; Lian, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2068-2071 10.1021/ja109681d
34. Yin, Q.; Tan, J. M.; Besson, C.; Geletii, Y. V.; Musaev, D. G.; Kuznetsov, A. E.; Luo, Z.; Hardcastle, K. I.; Hill, C. L. Science 2010, 328, 342-345 10.1126/science.1185372
35. Liang, Y.; Li, Y.; Wang, H.; Zhou, J.; Wang, J.; Regier, T.; Dai, H. Nat. Mater. 2011, 10, 780-786 10.1038/nmat3087
36. Jiao, F.; Frei, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1841-1844 10.1002/anie.200805534
37. Hinnemann, B.; Moses, P. G.; Bonde, J.; Jørgensen, K. P.; Nielsen, J. H.; Horch, S.; Chorkendorff, I.; Nørskov, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5308-5309 10.1021/ja0504690
38. Eckenhoff, W. T.; McNamara, W. R.; Du, P.; Eisenberg, R. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2013, 1827, 958-973 10.1016/j.bbabio.2013.05.003
39. Dubois, M. R.; Dubois, D. L. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1974-1982 10.1021/ar900110c
40. Helm, M. L.; Stewart, M. P.; Bullock, R. M.; DuBois, M. R.; DuBois, D. L. Science 2011, 333, 863-866 10.1126/science.1205864
41. Cobo, S.; Heidkamp, J.; Jacques, P. A.; Fize, J.; Fourmond, V.; Guetaz, L.; Jousselme, B.; Ivanova, V.; Dau, H.; Palacin, S.; Fontecave, M.; Artero, V. Nat. Mater. 2012, 11, 802-807 10.1038/nmat3385
42. He, C.; Wu, X.; He, Z. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 4578-4584 10.1021/jp408153b
43. Yu, X.; Hua, T.; Liu, X.; Yan, Z.; Xu, P.; Du, P. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 15395-15402 10.1021/am503938c
44. Lewis, E. A.; Tolman, W. B. Chem. Rev. 2004, 104, 1047-1076 10.1021/cr020633r
45. Mirica, L. M.; X, O.; Stack, T. D. P. Chem. Rev. 2004, 104, 1013-1045 10.1021/cr020632z
46. Kang, P.; Bobyr, E.; Dustman, J.; Hodgson, K. O.; Hedman, B.; Solomon, E. I.; Stack, T. D. P. Inorg. Chem. 2010, 49, 11030-11038 10.1021/ic101515g
47. Taki, M.; Itoh, S.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 6203-6204 10.1021/ja015721s
48. Cramer, C. J.; Tolman, W. B. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 601-608 10.1021/ar700008c
49. Barnett, S. M.; Goldberg, K. I.; Mayer, J. M. Nat. Chem. 2012, 4, 498-502 10.1038/nchem.1350
50. Chen, Z. F.; Meyer, T. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 700-703 10.1002/anie.201207215
51. Zhang, M. T.; Chen, Z. F.; Kang, P.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2048-2051 10.1021/ja3097515
52. Zhang, T.; Wang, C.; Liu, S.; Wang, J.-L.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 273-281 10.1021/ja409267p
53. Jahan, M.; Liu, Z.; Loh, K. P. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 5363-5372 10.1002/adfm.201300510
54. Cao, J. P.; Fang, T.; Fu, L. Z.; Zhou, L. L.; Zhan, S. Z. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 13972-13978 10.1016/j.ijhydene.2014.07.030
55. Cao, J. P.; Fang, T.; Wang, Z. Q.; Ren, Y. W.; Zhan, S. Z. J. Mol. Catal. A: Chem. 2014, 391, 191-197 10.1016/j.molcata.2014.04.034
56. Chen, Z. F.; Kang, P.; Zhang, M. T.; Stoner, B. R.; Meyer, T. J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 813-817 10.1039/c3ee24487c
57. Liu, X.; Jia, H.; Sun, Z.; Chen, H.; Xu, P.; Du, P. Electrochem. Commun. 2014, 46, 1-4 10.1016/j.elecom.2014.05.029
58. Zhao, W.; Fu, W.; Yang, H.; Tian, C.; Li, M.; Li, Y.; Zhang, L.; Sui, Y.; Zhou, X.; Chen, H.; Zou, G. CrystEngComm 2011, 13, 2871-2877 10.1039/c0ce00829j
59. Poulston, S.; Parlett, P. M.; Stone, P.; Bowker, M. Surf. Interface Anal. 1996, 24, 811-820 10.1002/(SICI)1096-9918(199611)24:12<811::AID-SIA191>3.0.CO;2-Z
60. Yu, J.; Hai, Y.; Jaroniec, M. J. Colloid Interface Sci. 2011, 35, 223-228 10.1016/j.jcis.2011.01.101
61. Chen, S.; Duan, J. J.; Ran, J. R.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3693-3699 10.1039/c3ee42383b
62. Mcintyre, N. S.; Cook, M. G. Anal. Chem. 1975, 47, 2208-2213 10.1021/ac60363a034
63. Deroubaix, G.; Marcus, P. Surf. Interface Anal. 1992, 18, 39-46 10.1002/sia.740180107
64. Xu, S.; Ng, J.; Du, A. J. o.; Liu, J.; Sun, D. D. Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 6538-6545 10.1016/j.ijhydene.2011.03.047
65. McIntyre, N. S.; Sunder, S.; Shoesmith, D. W.; Stanchell, F. W. J. Vac. Sci. Technol. 1981, 18, 714-721 10.1116/1.570934
66. Kishi, K.; Ikeda, S. Chem. Lett. 1972, 245-246 10.1246/cl.1972.245
67. Asami, K.; Hashimoto, K.; Shimodaira, S. Corros. Sci. 1978, 18, 151-160 10.1016/S0010-938X(78)80085-7
68. Pinkas, J.; Huffman, J. C.; Baxter, D. V.; Chisholm, M. H.; Caulton, K. G. Chem. Mater. 1995, 7, 1589-1596 10.1021/cm00056a028
69. Lalitha, K.; Sadanandam, G.; Kumari, V. D.; Subrahmanyam, M.; Sreedhar, B.; Hebalkar, N. Y. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 22181-22189 10.1021/jp107405u
70. Paracchino, A.; Laporte, V.; Sivula, K.; Gratzel, M.; Thimsen, E. Nat. Mater. 2011, 10, 456-461 10.1038/nmat3017
71. Duan, L.; Tong, L.; Xu, Y.; Sun, L. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3296-3313 10.1039/c1ee01276b
72. Nian, J.; Hu, C.; Teng, H. Int. J. Hydrogen Energy 2008, 33, 2897-2903 10.1016/j.ijhydene.2008.03.052
73. Paracchino, A.; Brauer, J. C.; Moser, J. E.; Thimsen, E.; Graetzel, M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 7341-7350 10.1021/jp301176y
74. Siripala, W.; Ivanovskaya, A.; Jaramillo, T. F.; Baeck, S. H.; McFarland, E. W. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2003, 77, 229-237 10.1016/S0927-0248(02)00343-4
75. Hajiashrafi, T.; Kharat, A. N.; Love, J. A.; Patrick, B. O. Polyhedron 2013, 60, 30-38 10.1016/j.poly.2013.04.061
76. Jacobson, R. R.; Tyeklar, Z.; Karlin, K. D.; Zubieta, J. Inorg. Chem. 1991, 30, 2035-2040 10.1021/ic00009a017
77. Nagao, H.; Komeda, N.; Mukaida, M.; Suzuki, M.; Tanaka, K. Inorg. Chem. 1996, 35, 6809-6815 10.1021/ic960303n
78. Lucas, H. R.; Li, L.; Sarjeant, A. A. N.; Vance, M. A.; Solomon, E. I.; Karlin, K. D. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3230-3245 10.1021/ja807081d
79. Rojas, D.; Garcia, A. M.; Vega, A.; Moreno, Y.; Venegas-Yazigi, D.; Garland, M. T.; Manzur, J. Inorg. Chem. 2004, 43, 6324-6330 10.1021/ic049648t