Water splitting with polyoxometalate-treated photoanodes: Enhancing performance through sensitizer design

Chemical Science

Volumn 6, Issue 10, 2015, Pages 5531-5543

  Fielden, John ^a,b   Sumliner, Jordan M ^a   Han, Nannan ^a   Geletii, Yurii V ^a   Xiang, Xu ^a,c   Musaev, Djamaladdin G ^a   Lian, Tianquan ^a   Hill, Craig L ^a  

^a EMORY UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF GLASGOW   (United Kingdom)

^c BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CROWN ETHERS; DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS; ELECTRON TRANSITIONS; ELECTRONS; ETHERS; LIGANDS; LIGHT; OXIDATION; OXIDES; PHOTOSENSITIZERS; QUANTUM YIELD; WATER TREATMENT;

CHARGE-SEPARATED STATE; ELECTRON TRANSFER DYNAMICS; EXTINCTION COEFFICIENTS; FARADAIC EFFICIENCIES; HOMOGENEOUS CONDITIONS; TRANSIENT ABSORPTION; WATER OXIDATION CATALYSTS; WATER SPLITTING SYSTEM;

CATALYSTS;

EID: 84941695108     PISSN: 20416520     EISSN: 20416539     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c5sc01439e     Document Type: Article

References (112)

1. R. A. Binstead C. W. Chronister J. Ni C. M. Hartshorn T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2000 122 8464
2. M. Yagi M. Kaneko Chem. Rev. 2001 101 21
3. J. K. Hurst Coord. Chem. Rev. 2005 249 313
4. R. Zong R. Thummel J. Am. Chem. Soc. 2005 127 12802
5. R. Eisenberg H. B. Gray Inorg. Chem. 2008 47 1697
6. N. D. McDaniel F. J. Coughlin L. L. Tinker S. Bernhard J. Am. Chem. Soc. 2008 130 210
7. R. Brimblecombe G. F. Swiegers G. C. Dismukes L. Spiccia Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 7335
8. J. J. Concepcion J. W. Jurss M. K. Brennaman P. G. Hoertz A. O. T. Patrocinio N. Y. M. Iha J. L. Templeton T. J. Meyer Acc. Chem. Res. 2009 42 1954
9. J. K. Hurst J. L. Cape A. E. Clark S. Das C. Qin Inorg. Chem. 2008 47 1753
10. T. A. Betley Y. Surendranath M. V. Childress G. E. Alliger R. Fu C. C. Cummins D. G. Nocera Philos. Trans. R. Soc., B 2008 363 1293
11. J. T. Muckerman D. E. Polyansky T. Wada K. Tanaka E. Fujita Inorg. Chem. 2008 47 1787
12. X. Sala I. Romero M. Rodríguez L. Escriche A. Llobet Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 2842
13. R. Nakamura H. Frei J. Am. Chem. Soc. 2006 128 10668
14. F. Jiao H. Frei Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 1841
15. J. F. Hull D. Balcells J. D. Blakemore C. D. Incarvito O. Eisenstein G. W. Brudvig R. H. Crabtree J. Am. Chem. Soc. 2009 131 8730
16. L. Duan Y. Xu M. Gorlov L. Tong S. Andersson L. Sun Chem.-Eur. J. 2010 16 4659
17. S. Masaoka K. Sakai Chem. Lett. 2009 38 182
18. L. Duan F. Bozoglian S. Mandal B. Stewart T. Privalov A. Llobet L. Sun Nat. Chem. 2012 4 418
19. Z. Chen T. J. Meyer Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 700
20. Y. V. Geletii B. Botar P. Kögerler D. A. Hillesheim D. G. Musaev C. L. Hill Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 3896
21. A. Sartorel M. Carraro G. Scorrano R. D. Zorzi S. Geremia N. D. McDaniel S. Bernhard M. Bonchio J. Am. Chem. Soc. 2008 130 5006
22. Y. V. Geletii C. Besson Y. Hou Q. Yin D. G. Musaev D. Quinonero R. Cao K. I. Hardcastle A. Proust P. Kögerler C. L. Hill J. Am. Chem. Soc. 2009 131 17360
23. A. E. Kuznetsov Y. V. Geletii C. L. Hill K. Morokuma D. G. Musaev J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6844
24. A. Sartorel P. Miro E. Salvadori S. Romain M. Carraro G. Scorrano M. D. Valentin A. Llobet C. Bo M. Bonchio J. Am. Chem. Soc. 2009 131 16051
25. C. Besson Z. Huang Y. V. Geletii S. Lense K. I. Hardcastle D. G. Musaev T. Lian A. Proust C. L. Hill Chem. Commun. 2010 46 2784
26. Q. Yin J. M. Tan C. Besson Y. V. Geletii D. G. Musaev A. E. Kuznetsov Z. Luo K. I. Hardcastle C. L. Hill Science 2010 328 342
27. R. Cao H. Ma Y. V. Geletii K. I. Hardcastle C. L. Hill Inorg. Chem. 2009 48 5596
28. F. Song Y. Ding B. Ma C. Wang Q. Wang X. Du S. Fu J. Song Energy Environ. Sci. 2013 6 1170
29. H. Lv J. Song Y. V. Geletii J. W. Vickers J. M. Sumliner D. G. Musaev P. Kögerler P. F. Zhuk J. Basca G. Zhu C. L. Hill J. Am. Chem. Soc. 2014 136 9268
30. S. Goberna-Ferrón L. Vigara J. Soriano-López J. R. Galán-Mascarós Inorg. Chem. 2012 51 11707
31. H. Lv Y. V. Geletii C. Zhao J. W. Vickers G. Zhu Z. Luo J. Song T. Lian D. G. Musaev C. L. Hill Chem. Soc. Rev. 2012 41 7572
32. R. Al-Oweini A. Sartorel B. S. Bassil M. Natali S. Berardi F. Scandola U. Kortz M. Bonchio Angew. Chem., Int. Ed. 2014 53 11182
33. Y. Liu S.-X. Guo A. M. Bond J. Zhang Y. V. Geletii C. L. Hill Inorg. Chem. 2013 52 11986
34. W. J. Youngblood S.-H. A. Lee K. Maeda T. E. Mallouk Acc. Chem. Res. 2009 42 1966
35. L. Duan L. Tong Y. Xu L. Sun Energy Environ. Sci. 2011 4 3296
36. W. Song Z. Chen C. R. K. Glasson K. Hanson H. Luo M. R. Norris D. L. Ashford J. J. Concepcion M. K. Brennaman T. J. Meyer ChemPhysChem 2012 13 2882
37. D. G. Nocera Acc. Chem. Res. 2012 45 767
38. S. Anderson E. C. Constable M. P. Dare-Edwards J. B. Goodenough A. Hamnett K. R. Seddon R. D. Wright Nature 1979 280 571
39. M. P. Dare-Edwards J. B. Goodenough A. Hamnett K. R. Seddon R. D. Wright Faraday Discuss. Chem. Soc. 1980 70 285
40. R. Memming F. Schröppel Chem. Phys. Lett. 1979 62 207
41. R. Memming F. Schröppel U. Bringmann J. Electroanal. Chem. 1979 100 307
42. A. Juris V. Balzani Coord. Chem. Rev. 1988 84 85
43. A. Hagfeldt G. Boschloo L. Sun L. Kloo H. Pettersson Chem. Rev. 2010 110 6595
44. W. J. Youngblood S.-H. A. Lee Y. Kobayashi E. A. Hernandez-Pagan P. G. Hoertz T. A. Moore A. L. Moore D. Gust T. E. Mallouk J. Am. Chem. Soc. 2009 131 926
45. R. Brimblecombe A. Koo G. C. Dismukes G. F. Swiegers L. Spiccia J. Am. Chem. Soc. 2010 132 2892
46. L. Li L. Duan Y. Xu M. Gorlov A. Hagfeldt L. Sun Chem. Commun. 2010 46 7307
47. Y. Zhao J. R. Swierk J. D. Megiatto B. Sherman W. J. Youngblood D. Qin D. M. Lentz A. L. Moore T. A. Moore D. Gust T. E. Mallouk Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 15612
48. G. F. Moore J. D. Blakemore R. L. Milot J. F. Hull H. Song L. Cai C. A. Schmuttenmaer R. H. Crabtree G. W. Brudvig Energy Environ. Sci. 2011 4 2389
49. W. Song C. R. K. Glasson H. Luo K. Hanson M. K. Brennaman J. J. Concepcion T. J. Meyer J. Phys. Chem. C 2011 115 7081
50. W. Song C. R. K. Glasson H. Luo K. Hanson M. K. Brennaman J. J. Concepcion T. J. Meyer J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 1808
51. G. Li E. M. Sproviero W. R. McNamara R. C. Snoeberger R. H. Crabtree G. W. Brudvig V. S. Batista J. Phys. Chem. B 2010 114 14214
52. X. Xiang J. Fielden W. Rodríguez-Córdoba Z. Huang N. Zhang Z. Luo D. G. Musaev T. Lian C. L. Hill J. Phys. Chem. C 2013 117 918
53. Y. Gao X. Ding J. Liu L. Wang Z. Lu L. Li L. Sun J. Am. Chem. Soc. 2013 135 4219
54. D. L. Ashford A. M. Lapides A. K. Vannucci K. Hanson D. A. Torelli D. P. Harrison J. L. Templeton T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2014 136 6578
55. L. Alibabaei M. K. Brennaman M. R. Norris B. Kalanyan W. Song M. D. Losego J. J. Concepcion R. A. Binstead G. N. Parsons T. J. Meyer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 20008
56. K. Hanson M. K. Brennaman H. Luo C. R. K. Glasson J. J. Concepcion W. Song T. J. Meyer ACS Appl. Mater. Interfaces 2012 4 1462
57. A. K. Vannucci L. Alibabaei M. D. Losego J. J. Concepcion B. Kalanyan G. N. Parsons T. J. Meyer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 20918
58. K.-R. Wee M. K. Brennaman L. Alibabaei B. H. Farnum B. Sherman A. M. Lapides T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2014 136 13514
59. K. Hanson M. D. Losego B. Kalanyan D. L. Ashford G. N. Parsons T. J. Meyer Chem. Mater. 2013 25 3
60. A. M. Lapides D. L. Ashford K. Hanson D. A. Torelli J. L. Templeton T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 2013 135 15450
61. M. Orlandi R. A. Sartorel M. Carraro G. Scorrano M. Bonchio F. Scandola Chem. Commun. 2010 46 3152
62. Z. Huang Y. V. Geletii D. G. Musaev C. L. Hill T. Lian Ind. Eng. Chem. Res. 2012 51 11850
63. S.-X. Guo Y. Liu C.-Y. Lee A. M. Bond J. Zhang Y. V. Geletii C. L. Hill Energy Environ. Sci. 2013 6 2654
64. S.-X. Guo C.-Y. Lee J. Zhang A. M. Bond Y. V. Geletii C. L. Hill Inorg. Chem. 2014 53 7561
65. N. Anwar A. Sartorel M. Yaqub K. Wearen F. Laffir G. Armstrong C. Dickinson M. Bonchio T. McCormac ACS Appl. Mater. Interfaces 2012 6 8022
66. J. Soriano-López S. Goberna-Ferrón L. Vigara J. J. Carbó J. M. Poblet J. R. Galán-Mascarós Inorg. Chem. 2013 52 4753
67. J. Wu L. Liao W. Yan Y. Xue Y. Sun X. Yan Y. Chen Y. Xi ChemSusChem 2012 5 1207
68. F. M. Toma A. Sartorel M. Iurlo M. Carraro P. Parisse C. Maccato S. Rapino B. R. Gonzalez H. Amenitsch T. Da Ros L. Casalis A. Goldoni M. Marcaccio G. Scorrano G. Scoles F. Paolucci M. Prato M. Bonchio Nat. Chem. 2010 2 826
69. Y. V. Geletii Z. Huang Y. Hou D. G. Musaev T. Lian C. L. Hill J. Am. Chem. Soc. 2009 131 7522
70. F. Puntoriero G. L. Ganga A. Sartorel M. Carraro G. Scorrano M. Bonchio S. Campagna Chem. Commun. 2010 46 4725
71. Z. Huang Z. Luo Y. V. Geletii J. W. Vickers Q. Yin D. Wu Y. Hou Y. Ding J. Song D. G. Musaev C. L. Hill T. Lian J. Am. Chem. Soc. 2011 133 2068
72. J. W. Vickers H. Lv J. M. Sumliner G. Zhu Z. Luo D. G. Musaev Y. V. Geletii C. L. Hill J. Am. Chem. Soc. 2013 135 14110
73. H. Lv J. A. Rudd P. F. Zhuk J. Y. Lee E. C. Constable C. E. Housecroft C. L. Hill D. G. Musaev Y. V. Geletii RSC Adv. 2013 3 20647
74. J. M. Sumliner H. Lv J. Fielden Y. V. Geletii C. L. Hill Eur. J. Inorg. Chem. 2014 635
75. G. Zhu E. Glass C. Zhao H. Lv J. W. Vickers Y. V. Geletii D. G. Musaev J. Song C. L. Hill Dalton Trans. 2012 13043
76. C. Creutz N. Sutin Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1975 72 2858
77. P. K. Ghosh B. S. Brunschwig M. C. Chou C. Creutz N. Sutin J. Am. Chem. Soc. 1984 106 4772
78. A. Proust B. Matt R. Villanneau G. Guillemot P. Gouzerh G. Izzet Chem. Soc. Rev. 2012 41 7605
79. A. Dolbecq E. Dumas C. R. Mayer P. Mialane Chem. Rev. 2010 110 6009
80. V. W.-W. Yam V. W.-M. Lee F. Ke K.-W. M. Siu Inorg. Chem. 1997 36 2124
81. C. R. Rice A. Guerrero Z. R. Bell R. L. Paul G. R. Motson J. C. Jeffery M. D. Ward New J. Chem. 2001 25 185
82. J. Ettedgui Y. Diskin-Posner L. Weiner R. Neumann J. Am. Chem. Soc. 2011 133 188
83. P. U. Maheswari V. Rajendran M. Palaniandavar R. Thomas G. U. Kulkarni Inorg. Chim. Acta 2006 359 4601
84. J. B. Asbury R. J. Ellingson H. N. Ghosh S. Ferrere A. J. Nozik T. Lian J. Phys. Chem. B 1999 103 3110
85. J. B. Asbury Y. Q. Wang T. Lian J. Phys. Chem. B 1999 103 6643
86. T. A. Heimer E. J. Heilweil J. Phys. Chem. B 1997 101 10990
87. Y. Trachibana S. A. Haque I. P. Mercer J. R. Durrant D. R. Klug J. Phys. Chem. B 2000 104 1198
88. R. C. Snoeberger K. J. Young J. Tang L. J. Allen R. H. Crabtree G. W. Brudvig P. Coppens V. S. Batista J. B. Benedict J. Am. Chem. Soc. 2012 134 8911
89. J. Huang D. Stockwell A. Boulesbaa J. Guo T. Lian J. Phys. Chem. C 2008 112 5203
90. D. Stockwell Y. Yang J. Huang C. Anfuso Z. Huang T. Lian J. Phys. Chem. C 2010 114 6560
91. K. Hanson M. K. Brennaman A. Ito H. Luo W. Song K. A. Parker R. Ghosh M. R. Norris C. R. K. Glasson J. J. Concepcion R. Lopez T. J. Meyer J. Phys. Chem. C 2012 116 14837
92. R. Ernstorfer L. Gundlach S. Felber W. Storck R. Eichberger F. Willig J. Phys. Chem. B 2006 110 25383
93. J. M. Gardner M. Beyler M. Karnahl S. Tschierlei S. Ott L. Hammarström J. Am. Chem. Soc. 2012 134 19322
94. M. Natali M. Orlandi S. Berardi S. Campagna M. Bonchio A. Sartorel F. Scandola Inorg. Chem. 2012 51 7324
95. T. E. Keyes E. Gicquel L. Guerin V. M. Hultgren A. M. Bond A. G. Wedd Inorg. Chem. 2003 42 7897
96. M. K. Seery L. Guerin R. J. Forster E. Gicquel V. M. Hultgren A. M. Bond A. G. Wedd T. E. Keyes J. Phys. Chem. A 2004 108 7399
97. N. Fay V. M. Hultgren A. G. Wedd T. E. Keyes R. J. Forster D. Leane A. M. Bond Dalton Trans. 2006 4218
98. M. K. Seery N. Fay T. McCormac E. Dempsey R. J. Forster T. E. Keyes Phys. Chem. Chem. Phys. 2005 7 3426
99. S.-H. A. Lee Y. Zhao E. A. Hernandez-Pagan L. Blasdel W. J. Youngblood T. E. Mallouk Faraday Discuss. 2012 155 165
100. D. Duonghong E. Borgarello M. Grätzel J. Am. Chem. Soc. 1981 103 4685
101. A. Juris V. Balzani Coord. Chem. Rev. 1988 84 85
102. D. L. Ashford M. K. Brennaman R. J. Brown S. Keinan J. J. Concepcion J. M. Papanikolas J. L. Templeton T. J. Meyer Inorg. Chem. 2015 54 460
103. H. Park E. Bae J.-J. Lee J. Park W. Choi J. Phys. Chem. B 2006 110 8740
104. A. D. Becke Phys. Rev. A 1988 38 3098
105. C. Lee W. Yang R. G. Parr Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1988 37 785
106. A. D. Becke J. Chem. Phys. 1993 98 1372
107. P. J. Hay W. R. Wadt J. Chem. Phys. 1985 82 299
108. P. J. Hay W. R. Wadt J. Chem. Phys. 1985 82 284
109. W. R. Wadt P. J. Hay J. Chem. Phys. 1997 107 3032
110. J. Tomasi M. Persico Chem. Rev. 1994 94 2027
111. R. Cammi J. Tomasi J. Comput. Chem. 1995 16 1449
112. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery Jr, J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, Ö. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski and D. J. Fox, Gaussian 09, Revision D.01, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009