Wafer-Level Artificial Photosynthesis for CO2 Reduction into CH4 and CO Using GaN Nanowires

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 9, 2015, Pages 5342-5348

  Alotaibi, Bandar ^a   Fan, Shizhao ^a   Wang, Defa ^b,c   Ye, Jinhua ^b,d   Mi, Zetian ^a  

^a MCGILL UNIVERSITY   (Canada)

^b TIANJIN UNIVERSITY   (China)

^c SynBio Research Platform   (China)

^d NATIONAL INSTITUTE FOR MATERIALS SCIENCE   (Japan)

Author keywords

artificial photosynthesis; carbon dioxide photoreduction; gallium nitride; methane; nanowires; solar fuels

Indexed keywords

ARTIFICIAL PHOTOSYNTHESIS; CARBON DIOXIDE; CARBON MONOXIDE; FUELS; GALLIUM NITRIDE; III-V SEMICONDUCTORS; METHANE; NANOWIRES; NITRIDES; RHODIUM COMPOUNDS;

GALLIUM NITRIDE NANOWIRES; HIGH CONVERSIONS; NANOWIRE ARRAYS; PHOTO-REDUCTION; PHOTOCHEMICAL REDUCTION; PT NANOPARTICLES; SOLAR FUELS; ULTRAVIOLET LIGHT IRRADIATION;

CHROMIUM COMPOUNDS;

EID: 84940984923     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b00776     Document Type: Article

References (94)

1. Tollefson, J. Nature 2011, 473, 134-134
2. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 15729-15735 10.1073/pnas.0603395103
3. Smol, J. P. Nature 2012, 483, S12-S15 10.1038/483S12a
4. Pearson, P. N.; Palmer, M. R. Nature 2000, 406, 695-699 10.1038/35021000
5. Inoue, T.; Fujishima, A.; Konishi, S.; Honda, K. Nature 1979, 277, 637-638 10.1038/277637a0
6. Serpone, N.; Borgarello, E.; Gratzel, M. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984, 342-344 10.1039/c39840000342
7. Varghese, O. K.; Paulose, M.; LaTempa, T. J.; Grimes, C. A. Nano Lett. 2009, 9, 731-737 10.1021/nl803258p
8. Habisreutinger, S. N.; Schmidt-Mende, L.; Stolarczyk, J. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 7372-7408 10.1002/anie.201207199
9. Izumi, Y. Coord. Chem. Rev. 2013, 257, 171-186 10.1016/j.ccr.2012.04.018
10. Roy, S. C.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Grimes, C. A. ACS Nano 2010, 4, 1259-1278 10.1021/nn9015423
11. Wang, S. B.; Lin, J. L.; Wang, X. C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 14656-14660 10.1039/c4cp02173h
12. Wang, S. B.; Ding, Z. X.; Wang, X. C. Chem. Commun. 2015, 51, 1517-1519 10.1039/C4CC07225A
13. Koppenol, W. H.; Rush, J. D. J. Phys. Chem. 1987, 91, 4429-4430 10.1021/j100300a045
14. Fujii, K.; Ohkawa, K. Jpn. J. Appl. Phys. 2 2005, 44, L909-L911 10.1143/JJAP.44.L909
15. Beach, J. D.; Collins, R. T.; Turner, J. A. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A899-A904 10.1149/1.1577542
16. Tran, P. D.; Wong, L. H.; Barber, J.; Loo, J. S. C. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5902-5918 10.1039/c2ee02849b
17. Wang, C. J.; Thompson, R. L.; Baltrus, J.; Matranga, C. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 48-53 10.1021/jz9000032
18. Yotsuhashi, S.; Deguchi, M.; Zenitani, Y.; Hinogami, R.; Hashiba, H.; Yamada, Y.; Ohkawa, K. Appl. Phys. Exp. 2011, 4, 117101
19. Yotsuhashi, S.; Deguchi, M.; Zenitani, Y.; Hinogami, R.; Hashiba, H.; Yamada, Y.; Ohkawa, K. Jpn. J. Appl. Phys. 2012, 51, 02BP07
20. Huygens, I. M.; Strubbe, K.; Gomes, W. P. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 1797-1802 10.1149/1.1393436
21. Luo, W. J.; Liu, B.; Li, Z. S.; Xie, Z. L.; Chen, D. J.; Zou, Z. G.; Zhang, R. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 262110 10.1063/1.2955828
22. AlOtaibi, B.; Nguyen, H. P. T.; Zhao, S.; Kibria, M. G.; Fan, S.; Mi, Z. Nano Lett. 2013, 13, 4356-4361 10.1021/nl402156e
23. Caccamo, L.; Hartmann, J.; Fàbrega, C.; Estradé, S.; Lilienkamp, G.; Prades, J. D.; Hoffmann, M. W. G.; Ledig, J.; Wagner, A.; Wang, X.; Lopez-Conesa, L.; Peiró, F.; Rebled, J. M.; Wehmann, H.-H.; Daum, W.; Shen, H.; Waag, A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 2235-2240 10.1021/am4058937
24. AlOtaibi, B.; Harati, M.; Fan, S.; Zhao, S.; Nguyen, H. P. T.; Kibria, M. G.; Mi, Z. Nanotechnology 2013, 24, 175401 10.1088/0957-4484/24/17/175401
25. Kibria, M. G.; Chowdhury, F. A.; Zhao, S.; AlOtaibi, B.; Trudeau, M. L.; Guo, H.; Mi, Z. Nat. Commun. 2015, 6, 6797 10.1038/ncomms7797
26. Ebaid, M.; Kang, J.-H.; Lim, S.-H.; Cho, Y.-H.; Ryu, S.-W. RSC Adv. 2015, 5, 23303-23310 10.1039/C5RA01374G
27. Maeda, K.; Domen, K. Chem. Mater. 2010, 22, 612-623 10.1021/cm901917a
28. Maeda, K.; Domen, K. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7851-7861 10.1021/jp070911w
29. Wang, D. F.; Pierre, A.; Kibria, M. G.; Cui, K.; Han, X. G.; Bevan, K. H.; Guo, H.; Paradis, S.; Hakima, A. R.; Mi, Z. T. Nano Lett. 2011, 11, 2353-2357 10.1021/nl2006802
30. Kibria, M. G.; Zhao, S.; Chowdhury, F. A.; Wang, Q.; Nguyen, H. P. T.; Trudeau, M. L.; Guo, H.; Mi, Z. Nat. Commun. 2014, 5, 3825 10.1038/ncomms4825
31. Anpo, M.; Chiba, K. J. Mol. Catal. 1992, 74, 207-212 10.1016/0304-5102(92)80238-C
32. Saladin, F.; Forss, L.; Kamber, I. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1995, 533-534 10.1039/c39950000533
33. Mori, K.; Yamashita, H.; Anpo, M. RSC Adv. 2012, 2, 3165-3172 10.1039/c2ra01332k
34. Nguyen, H. P. T.; Zhang, S.; Cui, K.; Han, X.; Fathololoumi, S.; Couillard, M.; Botton, G. A.; Mi, Z. Nano Lett. 2011, 11, 1919-1924 10.1021/nl104536x
35. Moustakas, T. D. T Phys. Status Solidi A 2013, 210, 169-174 10.1002/pssa.201200561
36. Van de Walle, C. G.; Segev, D. J. Appl. Phys. 2007, 101, 081704 10.1063/1.2722731
37. Liliental-Weber, Z.; Jasinski, J.; Zakharov, D. N. Opto-Electron Rev. 2004, 12, 339-346
38. Glas, F. Phys. Rev. B 2006, 74, 121302 10.1103/PhysRevB.74.121302
39. Duan, X. F.; Niu, C. M.; Sahi, V.; Chen, J.; Parce, J. W.; Empedocles, S.; Goldman, J. L. Nature 2003, 425, 274-278 10.1038/nature01996
40. Fan, H. J.; Werner, P.; Zacharias, M. Small 2006, 2, 700-717 10.1002/smll.200500495
41. Zhao, S.; Kibria, M. G.; Wang, Q.; Nguyen, H. P. T.; Mi, Z. Nanoscale 2013, 5, 5283-5287 10.1039/c3nr00387f
42. Van de Walle, C. G.; Stampfl, C.; Neugebauer, J. J. Cryst. Growth 1998, 189-190, 505-510 10.1016/S0022-0248(98)00340-6
43. Gotz, W.; Johnson, N. M.; Chen, C.; Liu, H.; Kuo, C.; Imler, W. Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 3144-3146 10.1063/1.115805
44. Schäfer, S.; Wyrzgol, S. A.; Lercher, J. A.; Stutzmann, M.; Sharp, I. D. ChemCatChem 2013, 5, 3224-3227 10.1002/cctc.201300070
45. Yoshida, M.; Yamakata, A.; Takanabe, K.; Kubota, J.; Osawa, M.; Domen, K. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13218-13219 10.1021/ja904991p
46. Tung, R. T. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1992, 45, 13509-13523 10.1103/PhysRevB.45.13509
47. Chen, X. B.; Li, C.; Gratzel, M.; Kostecki, R.; Mao, S. S. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7909-7937 10.1039/c2cs35230c
48. Kubacka, A.; Fernandez-Garcia, M.; Colon, G. Chem. Rev. 2012, 112, 1555-1614 10.1021/cr100454n
49. Kibria, M. G.; Nguyen, H. P. T.; Cui, K.; Zhao, S.; Liu, D.; Guo, H.; Trudeau, M. L.; Paradis, S.; Hakima, A.-R.; Mi, Z. ACS Nano 2013, 7, 7886-7893 10.1021/nn4028823
50. Tanaka, K.; White, J. M. J. Phys. Chem. 1982, 86, 3977-3980 10.1021/j100217a018
51. Rasko, J. Catal. Lett. 1998, 56, 11-15 10.1023/A:1019072021006
52. Erdohelyi, A.; Kocsis, M.; Bansagi, T.; Solymosi, F. Acta. Chim. Hung. 1982, 111, 591-605
53. Kamat, P. V. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 663-672 10.1021/jz201629p
54. Foresi, J. S.; Moustakas, T. D. Appl. Phys. Lett. 1993, 62, 2859-2861 10.1063/1.109207
55. Tanaka, K.; Miyahara, K.; Toyoshima, I. J. Phys. Chem. 1984, 88, 3504-3508 10.1021/j150660a026
56. Rasko, J.; Solymosi, F. J. Phys. Chem. 1994, 98, 7147-7152 10.1021/j100080a009
57. Maeda, K.; Teramura, K.; Lu, D. L.; Takata, T.; Saito, N.; Inoue, Y.; Domen, K. Nature 2006, 440, 295-295 10.1038/440295a
58. Maeda, K.; Teramura, K.; Saito, N.; Inoue, Y.; Domen, K. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2007, 80, 1004-1010 10.1246/bcsj.80.1004
59. Rostrupnielsen, J. R.; Hansen, J. H. B. J. Catal. 1993, 144, 38-49 10.1006/jcat.1993.1312
60. Sarusi, I.; Fodor, K.; Baan, K.; Oszko, A.; Potari, G.; Erdohelyi, A. Catal. Today 2011, 171, 132-139 10.1016/j.cattod.2011.03.075
61. Maeda, K.; Teramura, K.; Lu, D. L.; Saito, N.; Inoue, Y.; Domen, K. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7554-7560 10.1021/jp071056j
62. Kuhlenbeck, H.; Xu, C.; Dillmann, B.; Hassel, M.; Adam, B.; Ehrlich, D.; Wohlrab, S.; Freund, H. J.; Ditzinger, U. A.; Neddermeyer, H.; Neuber, M.; Neumann, M. Ber. Bunsen. Phys. Chem. 1992, 96, 15-27 10.1002/bbpc.19920960104
63. Solymosi, F.; Erdohelyi, A.; Kocsis, M. J. Catal. 1980, 65, 428-436 10.1016/0021-9517(80)90319-X
64. Rissmann, E. F.; Parry, J. M. Catal. Lett. 1992, 16, 159-164 10.1007/BF00764366
65. Solymosi, F.; Tombacz, I. Catal. Lett. 1994, 27, 61-65 10.1007/BF00806978
66. Kohno, Y.; Hayashi, H.; Takenaka, S.; Tanaka, T.; Funabiki, T.; Yoshida, S. J. Photochem. Photobiol., A 1999, 126, 117-123 10.1016/S1010-6030(99)00113-6
67. Abee, M. W.; York, S. C.; Cox, D. F. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 7755-7761 10.1021/jp011223u
68. Park, J. N.; McFarland, E. W. J. Catal. 2009, 266, 92-97 10.1016/j.jcat.2009.05.018
69. Chen, Y. G.; Tomishige, K.; Yokoyama, K.; Fujimoto, K. Appl. Catal., A 1997, 165, 335-347 10.1016/S0926-860X(97)00216-0
70. Galuszka, J. Catal. Today 1994, 21, 321-331 10.1016/0920-5861(94)80153-3
71. Solymosi, F.; Erdohelyi, A.; Bansagi, T. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1981, 77, 2645-2657 10.1039/f19817702645
72. Aurianblajeni, B.; Halmann, M.; Manassen, J. Sol. Energy 1980, 25, 165-170 10.1016/0038-092X(80)90472-7
73. Arunajatesan, V.; Subramaniam, B.; Hutchenson, K. W.; Herkes, F. E. Chem. Eng. Sci. 2007, 62, 5062-5069 10.1016/j.ces.2007.01.010
74. Goguet, A.; Meunier, F. C.; Tibiletti, D.; Breen, J. P.; Burch, R. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 20240-20246 10.1021/jp047242w
75. Elvins, O. C.; Nash, A. W. Nature 1926, 118, 154-154 10.1038/118154a0
76. Wang, W. N.; Park, J.; Biswas, P. Catal. Sci. Technol. 2011, 1, 593-600 10.1039/c0cy00091d
77. Park, H. A.; Choi, J. H.; Choi, K. M.; Lee, D. K.; Kang, J. K. J. Mater. Chem. 2012, 22, 5304-5307 10.1039/c2jm30337j
78. Lekse, J. W.; Underwood, M. K.; Lewis, J. P.; Matranga, C. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 1865-1872 10.1021/jp2087225
79. Zhou, Y.; Tian, Z. P.; Zhao, Z. Y.; Liu, Q.; Kou, J. H.; Chen, X. Y.; Gao, J.; Yan, S. C.; Zou, Z. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 3594-3601 10.1021/am2008147
80. Li, X. K.; Pan, H. Q.; Li, W.; Zhuang, Z. J. Appl. Catal., A 2012, 413-414, 103-108 10.1016/j.apcata.2011.10.044
81. Xie, Y. P.; Liu, G.; Yin, L. C.; Cheng, H. M. J. Mater. Chem. 2012, 22, 6746-6751 10.1039/c2jm16178h
82. Pan, J.; Wu, X.; Wang, L. Z.; Liu, G.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M. Chem. Commun. 2011, 47, 8361-8363 10.1039/c1cc13034j
83. Guan, G. Q.; Kida, T.; Yoshida, A. Appl. Catal., B 2003, 41, 387-396 10.1016/S0926-3373(02)00174-1
84. Li, P.; Ouyang, S. X.; Xi, G. C.; Kako, T.; Ye, J. H. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 7621-7628 10.1021/jp210106b
85. Zhang, N.; Ouyang, S. X.; Li, P.; Zhang, Y. J.; Xi, G. C.; Kako, T.; Ye, J. H. Chem. Commun. 2011, 47, 2041-2043 10.1039/c0cc04687f
86. Zhang, N.; Ouyang, S. X.; Kako, T.; Ye, J. H. Chem. Commun. 2012, 48, 1269-1271 10.1039/C2CC16900B
87. Liu, Q.; Zhou, Y.; Ma, Y.; Zou, Z. G. RSC Adv. 2012, 2, 3247-3250 10.1039/c2ra20186k
88. Liu, Q.; Zhou, Y.; Tian, Z. P.; Chen, X. Y.; Gao, J.; Zou, Z. G. J. Mater. Chem. 2012, 22, 2033-2038 10.1039/C1JM14122H
89. Wang, W. N.; An, W. J.; Ramalingam, B.; Mukherjee, S.; Niedzwiedzki, D. M.; Gangopadhyay, S.; Biswas, P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11276-11281 10.1021/ja304075b
90. Nikolic, B. Z.; Huang, H.; Gervasio, D.; Lin, A.; Fierro, C.; Adzic, R. R.; Yeager, E. B. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1990, 295, 415-423 10.1016/0022-0728(90)85033-2
91. Marcos, M. L.; Gonzalezvelasco, J.; Vara, J. M.; Giordano, M. C.; Arvia, A. J. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1989, 270, 205-224 10.1016/0022-0728(89)85037-5
92. Uner, D.; Oymak, M. M. Catal. Today 2012, 181, 82-88 10.1016/j.cattod.2011.06.019
93. Tanaka, K.; White, J. M. J. Catal. 1983, 79, 81-94 10.1016/0021-9517(83)90291-9
94. Amirav, L.; Alivisatos, A. P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13049-13053 10.1021/ja404918z