Two-dimensional transition metal dichalcogenide nanomaterials for solar water splitting

Electronic Materials Letters

Volumn 11, Issue 3, 2015, Pages 323-335

  Andoshe, Dinsefa M ^a   Jeon, Jong Myeong ^a   Kim, Soo Young ^b   Jang, Ho Won ^a  

^a Seoul National University   (South Korea)

^b Chung Ang University   (South Korea)

Author keywords

electrocatalysis; hydrogen production; photoelectrochemcial; solar water splitting; transition metal dichalcogenides; two dimensional

Indexed keywords

CATALYSIS; CATALYST ACTIVITY; ELECTROCATALYSIS; METALS; OPTICAL PROPERTIES; SOLAR POWER GENERATION; TRANSITION METALS; TWO DIMENSIONAL;

ARTIFICIAL PHOTOSYNTHESIS; HYDROGEN EVOLUTION; MICRO-STRUCTURAL PROPERTIES; PHOTOELECTROCHEMCIAL; PHOTOELECTROCHEMICALS; SOLAR WATER SPLITTING; SYNTHETIC METHODS; TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES;

HYDROGEN PRODUCTION;

EID: 84930678769     PISSN: 17388090     EISSN: 20936788     Source Type: Journal    
DOI: 10.1007/s13391-015-4402-9     Document Type: Review

References (107)

1. F. E. Osterloh and B. A. Parkinson, MRS Bull.36, 17 (2011).
2. S. S. Mao, S. Shen, and L. Guo, Prog. Nat. Sci.22, 522 (2012).
3. M. G. Walter, E. L. Warren, J. R. McKone, S. W. Boettcher, Q. Mi, E. A. Santori, and N. S. Lewis, Chem. Rev.110, 6446 (2010).
4. H. J. Gwon, Y. Park, S. Nahm, S. J. Yoon, S. Y. Kim, and H. W. Jang, Nano Res.7, 670 (2014).
5. M. G. Walter, E. L. Warren, J. R. McKone, S. W. Boettcher, Q. X. Mi, E. A. Santori, and N. S. Lewis, Chem. Rev.110, 6446 (2010).
6. Y. Tachibana, L. Vayssieres, and J. R. Durrant, Nat. Photonics6, 511 (2012).
7. K. C. Kwon, C. Kim, Q. V. Le, S. Gim, J. M. Jeon, J. Y. Ham, J. L. Lee, H. W. Jang, and S. Y. Kim, ACS Nano9, 4146 (2105).
8. T. Hisatomi, J. Kubota, and K. Domen, Chem. Soc. Rev.45, 7520 (2014).
9. A. Kudo and Y. Miseki, Chem. Soc. Rev.38, 253 (2009).
10. M. Batzill, Energ. Environ. Sci. 4, 3275 (2011).
11. F. E. Osterloh, Chem. Matter. 20, 35 (2007).
12. M. S. Prévot and K. Sivula, J. Phys. Chem. C117, 17879 (2013).
13. A. J. Bard and M. A. Fox, Acc. Chem. Res.28, 14 (1995).
14. K. S. Joya, Y. F. Joya, K. Ocakoglu, and R. van de Krol, Angew. Chem. Int. Ed. 52, 10426 (2013).
15. H. S. Kim, K. S. Ahn, and S. H. Kang, Electron. Mater. Lett.10, 345 (2014).
16. K. Maeda, T. Takata, M. Hara, N. Saito, Y. Inoue, H. Kobayashi, and K. Domen, J. Am. Chem. Soc.127, 8286 (2005).
17. H. Zhang, Z. Li, J. Qian, Q. Guan, X. Du, Y. Cui, and J. Zhang, Electron. Mater. Lett.10, 433 (2014).
18. A. Stanislaus and B. H. Cooper, Catal. Rev.36, 75 (1994).
19. V. Kalikhman and Y. S. Umanskii, Phys-Usp+.15, 728 (1973).
20. K. Brandt, Solid State Ionics69, 173 (1994).
21. J. Auborn, Y. Barberio, K. Hanson, D. Schleich, and M. Martin, J. Electrochem. Soc.134, 580 (1987).
22. Q. H. Wang, K. Kalantar-Zadeh, A. Kis, J. N. Coleman, and M. S. Strano, Nat. Nanotechnol.7, 699 (2012).
23. M. Chhowalla, H. S. Shin, G. Eda, L.-J. Li, K. P. Loh, and H. Zhang, Nat. Chem.5, 263 (2013).
24. H. Terrones, F. López-Urías, and M. Terrones, Sci. Rep. 3 (2013).
25. A. Geim and I. Grigorieva, Nature499, 419 (2013).
26. G. Wertheim, F. DiSalvo, and D. Buchanan, Solid State Commun.13, 1225 (1973).
27. E. Marseglia, Int. Rev. Phys. Chem. 3, 177 (1983).
28. J. Wilson and A. Yoffe, Adv. Phy.18, 193 (1969).
29. F. Jellinek, React. Solid. 5, 323 (1988).
30. B. Abrams and J. Wilcoxon, Crit. Rev. Solid State30, 153 (2005).
31. R. Chianelli, Int. Rev. Phys. Chem. 2, 127 (1982).
32. L. Mattheiss, Phys. Rev. B8, 3719 (1973).
33. L. Mattheiss, Phys. Rev. Lett. 30, 784 (1973).
34. K. Kobayashi and J. Yamauchi, Phys. Rev. B51, 17085 (1995).
35. S. Mahatha, K. Patel, and K. S. Menon, J. Phy-Condens. Mat.24, 475504 (2012).
36. H. Jiang, J. Phys. Chem. C 116, 7664 (2012).
37. M. Asadi, B. Kumar, A. Behranginia, B. A. Rosen, A. Baskin, N. Repnin, D. Pisasale, P. Phillips, W. Zhu, and R. Haasch, Nat. Commun.5, 4470 (2014).
38. W. Zhao, Z. Ghorannevis, L. Chu, M. Toh, C. Kloc, P.-H. Tan, and G. Eda, ACS Nano7, 791 (2012).
39. H. L. Zhuang and R. G. Hennig, J. Phys. Chem. C117, 20440 (2013).
40. A. Kuc, N. Zibouche, and T. Heine, Phys. Rev. B83, 245213 (2011).
41. V. Nicolosi, M. Chhowalla, M. G. Kanatzidis, M. S. Strano, and J. N. Coleman, Science340, 1226419 (2013).
42. J. N. Coleman, M. Lotya, A. O’Neill, S. D. Bergin, P. J. King, U. Khan, K. Young, A. Gaucher, S. De, and R. J. Smith, Science331, 568 (2011).
43. M. Xu, T. Liang, M. Shi, and H. Chen, Chem. Rev.113, 3766 (2013).
44. H. Li, J. Wu, Z. Yin, and H. Zhang, Acc. Chem. Res.47, 1067 (2014).
45. K. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T. Booth, V. Khotkevich, S. Morozov, and A. Geim, P. Natl. Acad. Sci. USA102, 10451 (2005).
46. C. Lee, H. Yan, L. E. Brus, T. F. Heinz, J. Hone, and S. Ryu, ACS Nano4, 2695 (2010).
47. A. Castellanos-Gomez, M. Poot, G. A. Steele, H. S. van der Zant, N. Agraït, and G. Rubio-Bollinger, Nanoscale Res. Lett. 7, 1 (2012).
48. G. Cunningham, M. Lotya, C. S. Cucinotta, S. Sanvito, S. D. Bergin, R. Menzel, M. S. Shaffer, and J. N. Coleman, ACS Nano6, 3468 (2012).
49. P. Joensen, R. Frindt, and S. R. Morrison, Mater. Res. Bull.21, 457 (1986).
50. M.-R. Gao, Y.-F. Xu, J. Jiang, and S.-H. Yu, Chem. Soc. Rev.42, 2986 (2013).
51. Z. Zeng, Z. Yin, X. Huang, H. Li, Q. He, G. Lu, F. Boey, and H. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed.50, 11093 (2011).
52. K. G. Zhou, N. N. Mao, H. X. Wang, Y. Peng, and H. L. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed.50, 10839 (2011).
53. R. J. Smith, P. J. King, M. Lotya, C. Wirtz, U. Khan, S. De, A. O'Neill, G. S. Duesberg, J. C. Grunlan, and G. Moriarty, Adv. Mater.23, 3944 (2011).
54. Y. Min, G. D. Moon, C.-E. Kim, J. Lee, H. Yang, A. Soon, and U. Jeong, J. Mater. Chem. C2, 6222 (2014).
55. J. H. Han, S. Lee, and J. Cheon, Chem. Soc. Rev.42, 2581 (2013).
56. R. Friend and A. Yoffe, Adv. Phy. 36, 1 (1987).
57. A. Zak, Y. Feldman, V. Lyakhovitskaya, G. Leitus, R. Popovitz-Biro, E. Wachtel, H. Cohen, S. Reich, and R. Tenne, J. Am. Chem. Soc.124, 4747 (2002).
58. G. Eda, H. Yamaguchi, D. Voiry, T. Fujita, M. Chen, and M. Chhowalla, Nano Lett.11, 5111 (2011).
59. R. Chianelli, J. Cryst. Growth, 34, 239 (1976).
60. M. S. Whittingham, Mater. Res. Bull. 9, 1681 (1974).
61. G. Protsenko, L. Gumileva, A. Buyanovskaya, and Y. N. Novikov, Russ. Chem. B+42, 632 (1993).
62. M. B. Dines, Science188, 1210 (1975).
63. J. Zheng, H. Zhang, S. Dong, Y. Liu, C. T. Nai, H. S. Shin, H. Y. Jeong, B. Liu, and K. P. Loh, Nat. Commun.5, 2995 (2014).
64. J. C. Shaw, H. Zhou, Y. Chen, N. O. Weiss, Y. Liu, Y. Huang, and X. Duan, Nano Res. 7, 1 (2014).
65. R. G. Palgrave and I. P. Parkin, New J. Chem.30, 505 (2006).
66. X. Wang, Y. Gong, G. Shi, W. L. Chow, K. Keyshar, G. Ye, R. Vajtai, J. Lou, Z. Liu, and E. Ringe, ACS Nano8, 5125 (2014).
67. A. L. Elías, N. Perea-López, A. S. Castro-Beltrán, A. Berkdemir, R. Lv, S. Feng, A. D. Long, T. Hayashi, Y. A. Kim, and M. Endo, ACS Nano7, 5235 (2013).
68. Y. Shi, W. Zhou, A.-Y. Lu, W. Fang, Y.-H. Lee, A. L. Hsu, S. M. Kim, K. K. Kim, H. Y. Yang, and L.-J. Li, Nano Lett.12, 2784 (2012).
69. J.-G. Song, J. Park, W. Lee, T. Choi, H. Jung, C. W. Lee, S.-H. Hwang, J. M. Myoung, J.-H. Jung, and S.-H. Kim, ACS Nano7, 11333 (2013).
70. T. Scharf, S. Prasad, T. Mayer, R. Goeke, and M. Dugger, J. Mater. Res.19, 3443 (2004).
71. S. Alfihed, M. Hossain, A. Alharbi, A. Alyamani, and F. H. Alharbi, J. Mater. 2013 (2013).
72. M. Regula, C. Ballif, J. Moser, and F. Lévy, Thin Solid Films280, 67 (1996).
73. A. Jäger-Waldau, M. C. Lux-Steiner, E. Bucher, L. Scandella, A. Schumacher, and R. Prins, Appl. Surf. Sci.65, 465 (1993).
74. Y. Zhan, Z. Liu, S. Najmaei, P. M. Ajayan, and J. Lou, Small8, 966 (2012).
75. R. R. Chianelli and M. B. Dines, Inorg. Chem.17, 2758 (1978).
76. S. Jeong, D. Yoo, J.-T. Jang, M. Kim, and J. Cheon, J. Am. Chem. Soc.134, 18233 (2012).
77. Y. Yu, C. Li, Y. Liu, L. Su, Y. Zhang, and L. Cao, Sci. Rep.3, 1866 (2013).
78. D. A. Chenet, T. C. Berkelbach, Y. You, G.-H. Lee, T. F. Heinz, D. R. Reichman, D. A. Muller, and J. C. Hone, Nat. Mater. 12, 554(2013).
79. Q. Ding, F. Meng, C. R. English, M. Cabán-Acevedo, M. J. Shearer, D. Liang, A. S. Daniel, R. J. Hamers, and S. Jin, J. Am. Chem. Soc.136, 8504 (2014).
80. L. K. Tan, B. Liu, J. H. Teng, S. Guo, H. Y. Low, and K. P. Loh, Nanoscale6, 10584 (2014).
81. P. Raybaud, J. Hafner, G. Kresse, S. Kasztelan, and H. Toulhoat, J. Catal.189, 129 (2000).
82. B. Hinnemann, P. G. Moses, J. Bonde, K. P. Jørgensen, J. H. Nielsen, S. Horch, I. Chorkendorff, and J. K. Nørskov, J. Am. Chem. Soc.127, 5308 (2005).
83. T. F. Jaramillo, K. P. Jørgensen, J. Bonde, J. H. Nielsen, S. Horch, and I. Chorkendorff, Science317, 100 (2007).
84. D. Voiry, M. Salehi, R. Silva, T. Fujita, M. Chen, T. Asefa, V. B. Shenoy, G. Eda, and M. Chhowalla, Nano Lett.13, 6222 (2013).
85. Z. Wu, B. Fang, A. Bonakdarpour, A. Sun, D. P. Wilkinson, and D. Wang, Appl. Catal. B125, 59 (2012).
86. L. Cheng, W. Huang, Q. Gong, C. Liu, Z. Liu, Y. Li, and H. Dai, Angew. Chem. Int. Ed.53, 7860 (2014).
87. J. Kibsgaard, Z. Chen, B. N. Reinecke, and T. F. Jaramillo, Nat. Mater.11, 963 (2012).
88. J. Xie, J. Zhang, S. Li, F. Grote, X. Zhang, H. Zhang, R. Wang, Y. Lei, B. Pan, and Y. Xie, J. Am. Chem. Soc.135, 17881 (2013).
89. Z. Wu, B. Fang, Z. Wang, C. Wang, Z. Liu, F. Liu, W. Wang, A. Alfantazi, D. Wang, and D. P. Wilkinson, ACS Catal.3, 2101 (2013).
90. D. Merki, H. Vrubel, L. Rovelli, S. Fierro, and X. Hu, Chem. Sci.3, 2515 (2012).
91. J. Bonde, P. G. Moses, T. F. Jaramillo, J. K. Nørskov, and I. Chorkendorff, Faraday Discuss.140, 219 (2009).
92. D. Voiry, H. Yamaguchi, J. Li, R. Silva, D. C. Alves, T. Fujita, M. Chen, T. Asefa, V. B. Shenoy, and G. Eda, Nat. Mater.12, 850 (2013).
93. S. Jin, M. A. Lukowski, A. S. Daniel, C. R. English, F. Meng, A. Forticaux, and R. Hamers, Energ. Environ. Sci.7, 2608 (2014).
94. M. A. Lukowski, A. S. Daniel, F. Meng, A. Forticaux, L. Li, and S. Jin, J. Am. Chem. Soc.135, 10274 (2013).
95. J. Kim, S. Byun, A. J. Smith, J. Yu, and J. Huang, J. Phys. Chem. Lett.4, 1227 (2013).
96. X. Xu, J. Hu, Z. Yin, and C. Xu, ACS Appl. Mater. Interfaces6, 5983 (2014).
97. J. Yang, D. Voiry, S. J. Ahn, D. Kang, A. Y. Kim, M. Chhowalla, and H. S. Shin, Angew. Chem. Int. Ed.52, 13751 (2013).
98. Y. Yan, X. Ge, Z. Liu, J.-Y. Wang, J.-M. Lee, and X. Wang, Nanoscale5, 7768 (2013).
99. W. Zhou, Z. Yin, Y. Du, X. Huang, Z. Zeng, Z. Fan, H. Liu, J. Wang, and H. Zhang, Small9, 140 (2013).
100. Y. Li, Y.-L. Li, C. M. Araujo, W. Luo, and R. Ahuja, Catal. Sci. & Tech.3, 2214 (2013).
101. N. Singh, G. Jabbour, and U. Schwingenschlögl, Eur. Phys. J. B85, 1 (2012).
102. A. B. Laursen, S. Kegnæs, S. Dahl, and I. Chorkendorff, Energ. Environ. Sci.5, 5577 (2012).
103. Y. Liu, Y.-X. Yu, and W.-D. Zhang, J. Phys. Chem. C117, 12949 (2013).
104. J. R. McKone, E. L. Warren, M. J. Bierman, S. W. Boettcher, B. S. Brunschwig, N. S. Lewis, and H. B. Gray, Energ. Environ. Sci.4, 3573 (2011).
105. M. Szklarczyk and J. O. M. Bockris, J. Phys. Chem.88, 1808 (1984).
106. B. Seger, A. B. Laursen, P. C. Vesborg, T. Pedersen, O. Hansen, S. Dahl, and I. Chorkendorff, Angew. Chem. Int. Ed.51, 9128 (2012).
107. A. B. Laursen, T. Pedersen, P. Malacrida, B. Seger, O. Hansen, P. C. Vesborg, and I. Chorkendorff, Phys. Chem. Chem. Phys.15, 20000 (2013).