Mechanistic Understanding of the Plasmonic Enhancement for Solar Water Splitting

Advanced Materials

Volumn 27, Issue 36, 2015, Pages 5328-5342

  Zhang, Peng ^a   Wang, Tuo ^a   Gong, Jinlong ^a  

^a TIANJIN UNIVERSITY   (China)

Author keywords

photocatalysis; plasmonics; water splitting

Indexed keywords

CRYSTAL STRUCTURE; DOPING (ADDITIVES); ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORPTION; ENERGY TRANSFER; HETEROJUNCTIONS; LIGHT ABSORPTION; PHOTOCATALYSIS; SEMICONDUCTOR DOPING;

ABSORPTION AND SCATTERINGS; IN-DEPTH UNDERSTANDING; PHOTOCATALYTIC ACTIVITIES; PLASMONICS; RESONANCE ENERGY TRANSFER; SEMICONDUCTOR PHOTOCATALYST; SOLAR WATER SPLITTING; WATER SPLITTING;

PLASMONS;

HYDROGEN; WATER;

CATALYSIS; CHEMISTRY; ELECTRON; PHOTOCHEMISTRY; RADIATION SCATTERING; SOLAR ENERGY; SURFACE PLASMON RESONANCE;

CATALYSIS; ELECTRONS; HYDROGEN; PHOTOCHEMICAL PROCESSES; SCATTERING, RADIATION; SOLAR ENERGY; SURFACE PLASMON RESONANCE; WATER;

EID: 84941944163     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201500888     Document Type: Review

References (114)

1. A. J. Bard, M. A. Fox, Acc. Chem. Res. 1995, 28, 141.
2. M. G. Walter, E. L. Warren, J. R. McKone, S. W. Boettcher, Q. Mi, E. A. Santori, N. S. Lewis, Chem. Rev. 2010, 110, 6446.
3. a) P. Zhang, J. Zhang, J. Gong, Chem. Soc. Rev. 2014;
4. b) A. Kudo, Y. Miseki, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253.
5. a) X. Chen, S. Shen, L. Guo, S. S. Mao, Chem. Rev. 2010, 110, 6503;
6. b) K. Maeda, K. Domen, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2655.
7. A. Fujishima, K. Honda, Nature 1972, 238, 37.
8. X. Chen, S. S. Mao, Chem. Rev. 2007, 107, 2891.
9. a) K. Sivula, F. Le Formal, M. Grätzel, ChemSusChem 2011, 4, 432;
10. b) Y. Lin, G. Yuan, S. Sheehan, S. Zhou, D. Wang, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4862.
11. a) R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, K. Aoki, Y. Taga, Science 2001, 293, 269;
12. b) J. Zhang, Y. Wu, M. Xing, S. A. K. Leghari, S. Sajjad, Energy Environ. Sci. 2010, 3, 715.
13. a) M. T. Mayer, Y. Lin, G. Yuan, D. Wang, Acc. Chem. Res. 2013;
14. b) C. Li, P. Zhang, R. Lv, J. Lu, T. Wang, S. Wang, H. Wang, J. Gong, Small 2013, 9, 3951;
15. c) E. S. Kim, N. Nishimura, G. Magesh, J. Y. Kim, J.-W. Jang, H. Jun, J. Kubota, K. Domen, J. S. Lee, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5375.
16. a) F. E. Osterloh, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2294;
17. b) C. Li, S. Wang, T. Wang, Y. Wei, P. Zhang, J. Gong, Small 2014, 10, 2783.
18. a) Y.-F. Li, Z.-P. Liu, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15743;
19. b) R. Li, F. Zhang, D. Wang, J. Yang, M. Li, J. Zhu, X. Zhou, H. Han, C. Li, Nat. Commun. 2013, 4, 1432.
20. S. Linic, P. Christopher, D. B. Ingram, Nat. Mater. 2011, 10, 911.
21. a) W. Hou, S. B. Cronin, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1612;
22. b) S. T. Kochuveedu, Y. H. Jang, D. H. Kim, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 8467;
23. c) S. C. Warren, E. Thimsen, Energ. Environ. Sci. 2012, 5, 5133;
24. d) X. Zhou, G. Liu, J. Yu, W. Fan, J. Mater. Chem. 2012, 22, 21337;
25. e) K. Ueno, H. Misawa, J. Photochem. Photobiol., C 2013, 15, 31;
26. f) P. Wang, B. Huang, Y. Dai, M.-H. Whangbo, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 9813;
27. g) X. M. Zhang, Y. L. Chen, R. S. Liu, D. P. Tsai, Rep. Prog. Phys. 2013, 76, 046401.
28. a) S. Linic, P. Christopher, H. L. Xin, A. Marimuthu, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1890;
29. b) S. Linic, U. Aslam, C. Boerigter, M. Morabito, Nat. Mater. 2015, 14, 567;
30. c) C. Wang, D. Astruc, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7188;
31. d) M. J. Kale, T. Avanesian, P. Christopher, ACS Catal. 2014, 4, 116.
32. K. L. Kelly, E. Coronado, L. L. Zhao, G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B 2002, 107, 668.
33. a) G. Mie, Ann. Phys. 1908, 330, 377;
34. b) C. F. Bohren, D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley, New York, 1983.
35. K.-i. Murata, H. Tanaka, Nat. Commun. 2010, 1, 16.
36. L. M. Liz-Marzán, Langmuir 2005, 22, 32.
37. a) S. Nie, S. R. Emory, Science 1997, 275, 1102;
38. b) K. Sokolov, G. Chumanov, T. M. Cotton, Anal. Chem. 1998, 70, 3898;
39. c) W. Xie, S. Schlücker, Rep. Prog. Phys. 2014, 77, 116502.
40. J. N. Anker, W. P. Hall, O. Lyandres, N. C. Shah, J. Zhao, R. P. Van Duyne, Nat. Mater. 2008, 7, 442.
41. P. Xu, L. Kang, N. H. Mack, K. S. Schanze, X. Han, H.-L. Wang, Sci. Rep. 2013, 3, 2997.
42. W. Srituravanich, N. Fang, C. Sun, Q. Luo, X. Zhang, Nano Lett. 2004, 4, 1085.
43. C. Xue, C. A. Mirkin, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 2036.
44. L. Zhou, X. Yu, J. Zhu, Nano Lett. 2014, 14, 1093.
45. S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and Applications, Springer, Berlin, Germany, 2007.
46. H. A. Atwater, A. Polman, Nat. Mater. 2010, 9, 205.
47. a) K. Nakayama, K. Tanabe, H. A. Atwater, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 121904;
48. b) V. E. Ferry, L. A. Sweatlock, D. Pacifici, H. A. Atwater, Nano Lett. 2008, 8, 4391.
49. A. Tcherniak, J. W. Ha, S. Dominguez-Medina, L. S. Slaughter, S. Link, Nano Lett. 2010, 10, 1398.
50. J. H. Hodak, A. Henglein, G. V. Hartland, J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9954.
51. P. K. Jain, K. S. Lee, I. H. El-Sayed, M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7238.
52. P. Christopher, D. B. Ingram, S. Linic, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 9173.
53. a) F. Su, T. Wang, R. Lv, J. Zhang, P. Zhang, J. Lu, J. Gong, Nanoscale 2013, 5, 9001;
54. b) T. Wang, R. Lv, P. Zhang, C. Li, J. Gong, Nanoscale 2014, 7, 77.
55. Y.-C. Pu, G. Wang, K.-D. Chang, Y. Ling, Y.-K. Lin, B. C. Fitzmorris, C.-M. Liu, X. Lu, Y. Tong, J. Z. Zhang, Y.-J. Hsu, Y. Li, Nano Lett. 2013, 13, 3817.
56. Y. Nishijima, K. Ueno, Y. Kotake, K. Murakoshi, H. Inoue, H. Misawa, J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 1248.
57. S. Mubeen, J. Lee, D. Liu, G. D. Stucky, M. Moskovits, Nano Lett. 2015, 15, 2132.
58. J. Wang, S. Pan, M. Chen, D. A. Dixon, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 22060.
59. J. Li, S. K. Cushing, P. Zheng, F. Meng, D. Chu, N. Wu, Nat. Commun. 2013, 4, 2651.
60. M. L. Brongersma, N. J. Halas, P. Nordlander, Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 25.
61. a) Y. Tian, T. Tatsuma, Chem. Commun. 2004, 1810;
62. b) Y. Tian, T. Tatsuma, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7632.
63. C. Clavero, Nat. Photonics 2014, 8, 95.
64. A. O. Govorov, H. Zhang, Y. K. Gun'ko, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 16616.
65. M. W. Knight, H. Sobhani, P. Nordlander, N. J. Halas, Science 2011, 332, 702.
66. a) S. Mukherjee, L. Zhou, A. M. Goodman, N. Large, C. Ayala-Orozco, Y. Zhang, P. Nordlander, N. J. Halas, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 64;
67. b) S. Mukherjee, F. Libisch, N. Large, O. Neumann, L. V. Brown, J. Cheng, J. B. Lassiter, E. A. Carter, P. Nordlander, N. J. Halas, Nano Lett. 2013, 13, 240.
68. Y. Nishijima, K. Ueno, Y. Yokota, K. Murakoshi, H. Misawa, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2031.
69. a) L. Du, A. Furube, K. Yamamoto, K. Hara, R. Katoh, M. Tachiya, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 6454;
70. b) M. Xiao, R. Jiang, F. Wang, C. Fang, J. Wang, J. C. Yu, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 5790.
71. K. Yu, Y. Tian, T. Tatsuma, Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 5417.
72. A. Furube, L. Du, K. Hara, R. Katoh, M. Tachiya, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14852.
73. S. Mubeen, G. Hernandez-Sosa, D. Moses, J. Lee, M. Moskovits, Nano Lett. 2011, 11, 5548.
74. C. Gomes Silva, R. Juárez, T. Marino, R. Molinari, H. García, J. Am. Chem. Soc. 2010, 133, 595.
75. J. S. DuChene, B. C. Sweeny, A. C. Johnston-Peck, D. Su, E. A. Stach, W. D. Wei, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7887.
76. A. Primo, T. Marino, A. Corma, R. Molinari, H. García, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6930.
77. J. Lee, S. Mubeen, X. Ji, G. D. Stucky, M. Moskovits, Nano Lett. 2012, 12, 5014.
78. S. Mubeen, J. Lee, N. Singh, S. Kramer, G. D. Stucky, M. Moskovits, Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 247.
79. V. Rodríguez-González, R. Zanella, G. del Angel, R. Gõmez, J. Mol. Catal. A: Chem. 2008, 281, 93.
80. Z. Zheng, B. Huang, X. Qin, X. Zhang, Y. Dai, M.-H. Whangbo, J. Mater. Chem. 2011, 21, 9079.
81. a) E. Kowalska, R. Abe, B. Ohtani, Chem. Commun. 2009, 241;
82. b) E. Kowalska, O. O. P. Mahaney, R. Abe, B. Ohtani, Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 2344;
83. c) K. Kimura, S.-i. Naya, Y. Jin-nouchi, H. Tada, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 7111.
84. a) A. Marimuthu, J. Zhang, S. Linic, Science 2013, 339, 1590;
85. b) P. Christopher, H. Xin, S. Linic, Nat. Chem. 2011, 3, 467.
86. J. Li, S. K. Cushing, P. Zheng, T. Senty, F. Meng, A. D. Bristow, A. Manivannan, N. Wu, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8438.
87. S. Yu, Y. H. Kim, S. Y. Lee, H. D. Song, J. Yi, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11203.
88. A. Manjavacas, J. G. Liu, V. Kulkarni, P. Nordlander, ACS Nano 2014, 8, 7630.
89. R. Sundararaman, P. Narang, A. S. Jermyn, W. A. Goddard 3rd, H. A. Atwater, Nat. Commun. 2014, 5, 5788.
90. M. Bernardi, J. Mustafa, J. B. Neaton, S. G. Louie, Nat. Commun. 2015, 6, 7044.
91. T. Torimoto, H. Horibe, T. Kameyama, K.-i. Okazaki, S. Ikeda, M. Matsumura, A. Ishikawa, H. Ishihara, J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2057.
92. C. Deeb, X. Zhou, J. Plain, G. P. Wiederrecht, R. Bachelot, M. Russell, P. K. Jain, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 10669.
93. a) J. Lee, T. Javed, T. Skeini, A. O. Govorov, G. W. Bryant, N. A. Kotov, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4819;
94. b) P. Anger, P. Bharadwaj, L. Novotny, Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 113002;
95. c) S. J. Lee, A. R. Morrill, M. Moskovits, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2200.
96. D. B. Ingram, P. Christopher, J. L. Bauer, S. Linic, ACS Catal. 2011, 1, 1441.
97. D. B. Ingram, S. Linic, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5202.
98. S. K. Cushing, J. Li, F. Meng, T. R. Senty, S. Suri, M. Zhi, M. Li, A. D. Bristow, N. Wu, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15033.
99. P. K. Jain, M. A. El-Sayed, Chem. Phys. Lett. 2010, 487, 153.
100. a) H. Lange, B. H. Juárez, A. Carl, M. Richter, N. G. Bastús, H. Weller, C. Thomsen, R. von Klitzing, A. Knorr, Langmuir 2012, 28, 8862;
101. b) N. J. Halas, S. Lal, W.-S. Chang, S. Link, P. Nordlander, Chem. Rev. 2011, 111, 3913.
102. P. K. Jain, W. Huang, M. A. El-Sayed, Nano Lett. 2007, 7, 2080.
103. I. Thomann, B. A. Pinaud, Z. Chen, B. M. Clemens, T. F. Jaramillo, M. L. Brongersma, Nano Lett. 2011, 11, 3440.
104. Z. Liu, W. Hou, P. Pavaskar, M. Aykol, S. B. Cronin, Nano Lett. 2011, 11, 1111.
105. J. T. Yates Jr., Surf. Sci. 2009, 603, 1605.
106. Z. Zhang, J. T. Yates, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 3098.
107. F. Meng, S. K. Cushing, J. Li, S. Hao, N. Wu, ACS Catal. 2015, 5, 1949.
108. a) E. Thimsen, F. Le Formal, M. Grätzel, S. C. Warren, Nano Lett. 2010, 11, 35;
109. b) Q. Zhang, D. Q. Lima, I. Lee, F. Zaera, M. Chi, Y. Yin, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7088.
110. H. Wang, T. You, W. Shi, J. Li, L. Guo, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 6490.
111. a) H. Gao, C. Liu, H. E. Jeong, P. Yang, ACS Nano 2011, 6, 234;
112. b) Z. Zhang, L. Zhang, M. N. Hedhili, H. Zhang, P. Wang, Nano Lett. 2012, 13, 14;
113. c) X. Zhang, Y. Liu, S.-T. Lee, S. Yang, Z. Kang, Energ. Environ. Sci. 2014, 7, 1409.
114. T. Wang, Z. Luo, C. Li, J. Gong, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7469.