Elucidating the Sole Contribution from Electromagnetic Near-Fields in Plasmon-Enhanced Cu2O Photocathodes

Advanced Energy Materials

Volumn 6, Issue 1, 2016, Pages

  Duchene, Joseph S ^a   Williams, Benjamin P ^a   Johnston Peck, Aaron C ^b   Qiu, Jingjing ^a   Gomes, Mathieu ^a   Amilhau, Maxime ^a   Bejleri, Donald ^a   Weng, Jiena ^c   Su, Dong ^b   Huo, Fengwei ^c   Stach, Eric A ^b   Wei, Wei David ^a  

^a University of Florida   (United States)

^b BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c NANJING TECH UNIVERSITY   (China)

Author keywords

cuprous oxide; photoelectrochemistry; solar energy conversion; surface plasmon resonance

Indexed keywords

COPPER; ELECTROCHEMISTRY; ELECTROMAGNETIC FIELDS; ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORPTION; ENERGY CONVERSION; FIELD EMISSION CATHODES; LIGHT ABSORPTION; NANOPARTICLES; NANOWIRES; PHOTOCATHODES; PLASMONS; SEMICONDUCTOR QUANTUM WELLS; SHELLS (STRUCTURES); SOLAR ENERGY; SURFACE PLASMON RESONANCE;

CORE-SHELL NANOPARTICLES; CUPROUS OXIDE; ELECTROMAGNETIC NEAR FIELDS; ENHANCEMENT MECHANISM; NEAR-FIELD ENHANCEMENT; PHOTO-ELECTROCHEMISTRY; PHOTOELECTROCHEMICALS; PLASMONIC PHOTOCATALYSTS;

GOLD;

EID: 84954059635     PISSN: 16146832     EISSN: 16146840     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/aenm.201501250     Document Type: Article

References (100)

1. a) N. S. Lewis, D. G. Nocera, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 15729;
2. b) 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. c) M. Grätzel, Nature 2001, 414, 338;
4. d) Z. Peng, D. Jia, A. M. Al-Enizi, A. A. Elzatahry, G. Zheng, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1402031.
5. a) A. Paracchino, J. C. Brauer, J.-E. Moser, E. Thimsen, M. Grätzel, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 7341;
6. b) P. E. de Jongh, D. Vanmaekelbergh, J. J. Kelly, Chem. Commun. 1999, 1069;
7. c) C. Xiang, G. M. Kimball, R. L. Grimm, B. S. Brunschwig, H. A. Atwater, N. S. Lewis, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1311;
8. d) P. Bornoz, F. F. Abdi, S. D. Tilley, B. Dam, R. van de Krol, M. Grätzel, K. Sivula, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 16959;
9. e) A. Paracchino, V. Laporte, K. Sivula, M. Grätzel, E. Thimsen, Nat. Mater. 2011, 10, 456;
10. f) A. Paracchino, N. Mathews, T. Hisatomi, M. Stefik, S. D. Tilley, M. Grätzel, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8673;
11. g) S. D. Tilley, M. Schreier, J. Azevedo, M. Stefik, M. Grätzel, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 303;
12. h) C. G. Morales-Guio, S. D. Tilley, H. Vrubel, M. Grätzel, X. Hu, Nat. Commun. 2014, 5, 3059;
13. i) A. Azevedo, L. Steier, P. Dias, M. Stefik, C. T. Sousa, J. P. Araújo, A. Mendes, M. Grätzel, S. D. Tilley, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 4044;
14. j) C. Y. Lin, Y. H. Lai, D. Mersch, E. Reisner, Chem. Sci. 2012, 3, 3482;
15. k) J. Han, X. Zong, X. Zhou, C. Li, RSC Adv. 2015, 5, 10790;
16. l) P. Dai, W. Li, J. Xie, Y. He, J. Thorne, G. McMahon, J. Zhan, D. Wang, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 13493;
17. Angew. Chem. 2014, 126, 13711.
18. a) Z. Zhang, R. Dua, L. Zhang, H. Zhu, H. Zhang, P. Wang, ACS Nano 2013, 7, 1709;
19. b) J. Hou, C. Yang, H. Cheng, S. Jiao, O. Takeda, H. Zhu, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3758.
20. a) M. Liu, N. de Leon Snapp, H. Park, Chem. Sci. 2011, 2, 80;
21. b) L. Li, Y. Yu, F. Meng, Y. Tan, R. J. Hamers, S. Jin, Nano Lett. 2012, 12, 724;
22. c) D. Bae, T. Pedersen, B. Seger, M. Malizia, A. Kuznetsov, O. Hansen, I. Chorkendorff, P. C. K. Vesborg, Energy Environ. Sci. 2015, 8, 650.
23. a) J. A. Schuller, E. S. Barnard, W. Cai, Y. C. Jun, J. S. White, M. L. Brongersma, Nat. Mater. 2010, 9, 193;
24. b) L. Novotny, N. van Hulst, Nat. Photon. 2011, 5, 83;
25. c) W. L. Barnes, A. Dereux, T. W. Ebbesen, Nature 2003, 424, 824.
26. a) S. Linic, P. Christopher, D. B. Ingram, Nat. Mater. 2011, 10, 911;
27. b) S. C. Warren, E. Thimsen, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5133;
28. c) W. Hou, S. B. Cronin, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1612;
29. d) D. B. Ingram, P. Christopher, J. L. Bauer, S. Linic, ACS Catal. 2011, 1, 1441;
30. e) B. Jiang, B. Li, C. Fang, J. Wang, Adv. Mater. 2014, 26, 5274.
31. a) 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;
32. b) Z. Liu, W. Hou, P. Pavaskar, M. Aykol, S. B. Cronin, Nano Lett. 2011, 11, 1111;
33. c) I. Thomann, B. A. Pinaud, Z. Chen, B. M. Clemens, T. F. Jaramillo, M. L. Brongersma, Nano Lett. 2011, 11, 3440;
34. d) D. B. Ingram, S. Linic, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5202;
35. e) H. Gao, C. Liu, H. E. Jeong, P. Yang, ACS Nano 2012, 6, 234;
36. f) E. Thimsen, F. Le Formal, M. Grätzel, S. C. Warren, Nano Lett. 2011, 11, 35;
37. g) L. Wang, J. Ge, A. Wang, M. Deng, X. Wang, S. Bai, R. Li, J. Jiang, Q. Zhang, Y. Luo, Y. Xiong, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5107;
38. Angew. Chem. 2014, 126, 5207;
39. h) D. O. Sigle, L. Zhang, S. Ithurria, B. Dubertret, J. J. Baumberg, J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 1099;
40. i) L. Zhang, C.-Y. Lin, V. K. Valev, E. Reisner, U. Steiner, J. J. Baumberg, Small 2014, 10, 3970;
41. j) F. F. Abdi, A. Dabirian, B. Dam, R. van, de Kroel, Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 15272;
42. k) J. Qiu, G. Zeng, P. Pavaskar, Z. Li, S. B. Cronin, Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 3115;
43. l) H. J. Kim, S. H. Lee, A. A. Upadhye, I. Roo, M. I. Tejedor-Tejedor, M. A. Anderson, W. B. Kim, G. W. Huber, ACS Nano 2014, 8, 10756;
44. m) H. M. Chen, C. K. Chen, C.-J. Chen, L.-C. Cheng, P. C. Wu, B. H. Cheng, Y. Z. Ho, M. L. Tseng, Y.-Y. Hsu, T.-S. Chan, J.-F. Lee, R.-S. Liu, D. P. Tsai, ACS Nano 2012, 6, 7362;
45. n) J. Li, S. K. Cushing, P. Zheng, F. Meng, D. Chu, N. Wu, Nat. Commun. 2013, 4, 2651;
46. o) J. Wang, S. Pan, M. Chen, D. A. Dixon, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 22060;
47. p) Y. Tang, Z. Jiang, G. Xing, A. Li, P. D. Kanhere, Y. Zhang, T. C. Sum, S. Li, X. Chen, Z. Dong, Z. Chen, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 2932;
48. q) S. Ramadurgam, T.-G. Lin, C. Yang, Nano Lett. 2014, 14, 4517;
49. r) T. Tachikawa, T. Yonezawa, T. Majima, ACS Nano 2013, 7, 263;
50. s) P. Da, W. Li, X. Lin, Y. Wang, J. Tang, G. Zheng, Anal. Chem. 2014, 86, 6633.
51. a) H. A. Atwater, A. Polman, Nat. Mater. 2010, 9, 205;
52. b) M. D. Brown, T. Suteewong, R. S. S. Kumar, V. D'Innocenzo, A. Petrozza, M. Lee, U. Wiesner, H. J. Snaith, Nano Lett. 2011, 11, 438;
53. c) J. Qi, X. Dang, P. T. Hammond, A. M. Belcher, ACS Nano 2011, 5, 7108;
54. d) X. Dang, J. Qi, M. T. Klug, P. Y. Chen, D. S. Yun, N. X. Fang, P. T. Hammond, A. M. Belcher, Nano Lett. 2013, 13, 637;
55. e) D. H. Lee, J. Y. Kwon, S. Maldonado, A. Tuteja, A. Boukai, Nano Lett. 2014, 14, 1961;
56. f) M. Chen, L. Shao, S. V. Kershaw, H. Yu, J. Wang, A. L. Rogach, N. Zhao, ACS Nano 2014, 8, 8208.
57. a) G. V. Hartland, Chem. Rev. 2011, 111, 3858;
58. b) K. Watanabe, D. Menzel, N. Nilius, H.-J. Freund, Chem. Rev. 2006, 106, 4301;
59. c) S. Link, M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8410.
60. S. Hacialioglu, F. Meng, S. Jin, Chem. Commun. 2012, 48, 1174.
61. N. R. Jana, L. Gearheart, C. J. Murphy, Langmuir 2001, 17, 6782.
62. J. S. DuChene, R. P. Almeida, W. D. Wei, Dalton Trans. 2012, 41, 7879.
63. J. Rodríguez-Fernández, I. Pastoriza-Santos, J. Pérez-Juste, F. J. García de Abajo, L. M. Liz-Marzán, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13361.
64. a) J. L. Wu, F. C. Chen, Y. S. Hsiao, F. C. Chien, P. Chen, C. H. Kuo, M. H. Huang, C. S. Hsu, ACS Nano 2011, 5, 959;
65. b) W. Zhang, M. Saliba, S. D. Stranks, Y. Sun, X. Shi, U. Wiesner, H. J. Snaith, Nano Lett. 2013, 13, 4505;
66. c) T. Takahashi, A. Kudo, S. Kuwabata, A. Ishikawa, H. Ishihara, Y. Tsuboi, Y. Torimoto, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 2511.
67. a) L. S. Shinde, K. K. Nanda, RSC Adv. 2012, 2, 3647;
68. b) H. Shi, K. Yu, F. Sun, Z. Zhu, CrystEngComm 2012, 14, 278.
69. a) C. G. Silva, R. Juárez, T. Marino, R. Molinari, H. García, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 595;
70. b) J. Lee, S. Mubeen, X. Ji, G. D. Stucky, M. Moskovits, Nano Lett. 2012, 12, 5014;
71. c) S. Mubeen, J. Lee, N. Singh, S. Kramer, G. D. Stucky, M. Moskovits, Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 247;
72. d) X. Wang, C. Liow, A. Bisht, X. Liu, T. C. Sum, X. Chen, S. Li, Adv. Mater. 2015, 27, 2207;
73. e) 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;
74. Angew. Chem. 2014, 126, 8021;
75. f) 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;
76. g) K. Qian, B. C. Sweeny, A. C. Johnston-Peck, W. Niu, J. O. Graham, J. S. DuChene, J. Qiu, Y. C. Wang, M. H. Engelhard, D. Su, E. A. Stach, W. D. Wei, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9842;
77. h) Y. Zhong, K. Ueno, Y. Mori, X. Shi, T. Oshikiri, K. Murakoshi, H. Inoue, H. Misawa, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 10350;
78. Angew. Chem. 2014, 126, 10518;
79. i) M. L. Brongersma, N. J. Halas, P. Nordlander, Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 25;
80. j) A. Manjavacas, J. G. Liu, V. Kulkarni, P. Nordlander, ACS Nano 2014, 8, 7630;
81. k) R. Sundararaman, P. Narang, A. S. Jermyn, W. A. Goddard III, H. A. Atwater, Nat. Commun. 2015, 5, 5788;
82. l) Y. Nishijima, K. Ueno, Y. Kotake, K. Murakoshi, H. Inoue, H. Misawa, J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 1248;
83. m) Y. Kang, S. Najmei, Z. Liu, Y. Bao, Y. Wang, X. Zhu, N. J. Halas, P. Nordlander, P. M. Ajayan, J. Lou, Z. Fang, Adv. Mater. 2014, 26, 6467;
84. n) B. Li, T. Gu, T. Ming, J. Wang, P. Wang, J. Wang, J. C. Yu, ACS Nano 2014, 8, 8152;
85. o) C. Clavero, Nat. Photon. 2014, 8, 95;
86. p) S. Bai, X. Li, Q. Kong, R. Long, C. Wang, J. Jiang, Y. Xiong, Adv. Mater. 2015, 27, 3444;
87. q) R. Long, K. Mao, M. Gong, S. Zhou, J. Hu, M. Zhi, Y. You, S. Bai, J. Jiang, Q. Zhang, X. Wu, Y. Xiong, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 3205;
88. Angew. Chem. 2014, 126, 3269;
89. r) Z. Bian, T. Tachikawa, P. Zhang, M. Fujitsuka, T. Majima, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 458;
90. s) S. Bai, J. Jiang, Q. Zhang, Y. Xiong, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2893.
91. a) J. Qiu, W. D. Wei, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 20735;
92. b) H. Chen, L. Shao, T. Ming, Z. Sun, C. Zhao, B. Yang, J. Wang, Small 2010, 6, 2272;
93. c) F. Wang, C. Li, H. Chen, R. Jiang, L.-D. Sun, Q. Li, J. Wang, J. C. Yu, C.-H. Yan, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5588.
94. a) S. D. Standridge, G. C. Schatz, J. T. Hupp, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8407;
95. b) M. K. Kumar, S. Krishnamoorthy, L. K. Tan, S. Y. Chiam, S. Tripathy, H. Gao, ACS Catal. 2011, 1, 300;
96. c) P. Reineck, D. Gomez, S. H. Ng, M. Karg, T. Bell, P. Mulvaney, U. Bach, ACS Nano 2013, 7, 6636;
97. d) N. S. Abadeer, M. R. Brennan, W. L. Wilson, C. J. Murphy, ACS Nano 2014, 8, 8392;
98. e) S. Jin, E. DeMarco, M. J. Pellin, O. K. Farha, G. P. Wiederrecht, J. T. Hupp, J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3527.
99. a) E. M. Purcell, C. R. Pennypacker, Astrophys. J. 1973, 186, 705;
100. b) B. T. Draine, Astrophys. J. 1988, 333, 848.