Covalent Immobilization of a Molecular Catalyst on Cu2O Photocathodes for CO2 Reduction

Journal of the American Chemical Society

Volumn 138, Issue 6, 2016, Pages 1938-1946

  Schreier, Marcel ^a   Luo, Jingshan ^a   Gao, Peng ^a   Moehl, Thomas ^a,b   Mayer, Matthew T ^a   Grätzel, Michael ^a  

^a EPFL   (Switzerland)

^b UNIVERSITY OF ZURICH   (Switzerland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYSTS; ELECTROCATALYSTS; FIELD EMISSION CATHODES; PHOTOCATHODES; SCAFFOLDS; SOLAR ENERGY; SPECTROELECTROCHEMISTRY; TEMPERATURE;

ANTHROPOGENIC CARBON; COVALENT IMMOBILIZATION; HIGH SELECTIVITY; LARGE CURRENT DENSITY; MOLECULAR CATALYSTS; NANOSTRUCTURED TIO; REDUCTION CATALYST; SPECTROELECTROCHEMICAL MEASUREMENTS;

CARBON DIOXIDE;

CARBON DIOXIDE; COPPER OXIDE; MOLECULAR SCAFFOLD; RHENIUM; TITANIUM DIOXIDE;

ARTICLE; CATALYST; CONTROLLED STUDY; COVALENT BOND; CURRENT DENSITY; CYCLIC POTENTIOMETRY; ELECTROCHEMISTRY; HIGH TEMPERATURE; IMMOBILIZATION; LIGHT ABSORPTION; LOW TEMPERATURE; MEASUREMENT; REDUCTION; SUNLIGHT; SURFACE PROPERTY; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

EID: 84959017370     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.5b12157     Document Type: Article

References (59)

1. Climate Change 2013: The Physical Science Basis-Summary for Policy Makers; IPCC: Switzerland, 2013.
2. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103 (43) 15729 10.1073/pnas.0603395103
3. The Economist June 13, 2015, http://www.economist.com/news/business/21654082-threaten-fossil-fuels-solar-power-must-solve-its-intermittency-problem-banishing-clouds.
4. Faunce, T.; Styring, S.; Wasielewski, M. R.; Brudvig, G. W.; Rutherford, A. W.; Messinger, J.; Lee, A. F.; Hill, C. L.; deGroot, H.; Fontecave, M.; MacFarlane, D. R.; Hankamer, B.; Nocera, D. G.; Tiede, D. M.; Dau, H.; Hillier, W.; Wang, L.; Amal, R. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (4) 1074 10.1039/c3ee40534f
5. Luo, J.; Im, J.-H.; Mayer, M. T.; Schreier, M.; Nazeeruddin, M. K.; Park, N.-G.; Tilley, S. D.; Fan, H. J.; Grätzel, M. Science 2014, 345 (6204) 1593 10.1126/science.1258307
6. Kumar, B.; Llorente, M.; Froehlich, J.; Dang, T.; Sathrum, A.; Kubiak, C. P. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63 (1) 541 10.1146/annurev-physchem-032511-143759
7. Schreier, M.; Gao, P.; Mayer, M. T.; Luo, J.; Moehl, T.; Nazeeruddin, M. K.; Tilley, S. D.; Grätzel, M. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 855 10.1039/C4EE03454F
8. Schreier, M.; Curvat, L.; Giordano, F.; Steier, L.; Abate, A.; Zakeeruddin, S. M.; Luo, J.; Mayer, M. T.; Grätzel, M. Nat. Commun. 2015, 6, 7326 10.1038/ncomms8326
9. Grätzel, M. Nature 2001, 414 (6861) 338 10.1038/35104607
10. Bornoz, P.; Abdi, F. F.; Tilley, S. D.; Dam, B.; van de Krol, R.; Graetzel, M.; Sivula, K. J. Phys. Chem. C 2014, 118 (30) 16959 10.1021/jp500441h
11. Brillet, J.; Yum, J.-H.; Cornuz, M.; Hisatomi, T.; Solarska, R.; Augustynski, J.; Graetzel, M.; Sivula, K. Nat. Photonics 2012, 6 (12) 824 10.1038/nphoton.2012.265
12. Sato, S.; Arai, T.; Morikawa, T.; Uemura, K.; Suzuki, T. M.; Tanaka, H.; Kajino, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (39) 15240 10.1021/ja204881d
13. Arai, T.; Sato, S.; Kajino, T.; Morikawa, T. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (4) 1274 10.1039/c3ee24317f
14. Arai, T.; Sato, S.; Morikawa, T. Energy Environ. Sci. 2015, 8 (7) 1998 10.1039/C5EE01314C
15. Dias, P.; Schreier, M.; Tilley, S. D.; Luo, J.; Azevedo, J.; Andrade, L.; Bi, D.; Hagfeldt, A.; Mendes, A.; Grätzel, M.; Mayer, M. T. Adv. Energy Mater. 2015, 5, n/a 10.1002/aenm.201501537
16. Luo, J.; Li, Z.; Nishiwaki, S.; Schreier, M.; Mayer, M. T.; Cendula, P.; Lee, Y. H.; Fu, K.; Cao, A.; Nazeeruddin, M. K.; Romanyuk, Y. E.; Buecheler, S.; Tilley, S. D.; Wong, L. H.; Tiwari, A. N.; Grätzel, M. Adv. Energy Mater. 2015, 5, n/a 10.1002/aenm.201501520
17. Dempsey, J. L.; Brunschwig, B. S.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Acc. Chem. Res. 2009, 42 (12) 1995 10.1021/ar900253e
18. Savéant, J.-M. Chem. Rev. 2008, 108 (7) 2348 10.1021/cr068079z
19. Costentin, C.; Robert, M.; Savéant, J.-M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42 (6) 2423 10.1039/C2CS35360A
20. Willkomm, J.; Muresan, N. M.; Reisner, E. Chem. Sci. 2015, 6 (5) 2727 10.1039/C4SC03946G
21. Costentin, C.; Drouet, S.; Robert, M.; Savéant, J.-M. Science 2012, 338 (6103) 90 10.1126/science.1224581
22. Kumar, B.; Smieja, J. M.; Kubiak, C. P. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (33) 14220 10.1021/jp105171b
23. Guerrero, A.; Haro, M.; Bellani, S.; Antognazza, M. R.; Meda, L.; Gimenez, S.; Bisquert, J. Energy Environ. Sci. 2014, 7 (11) 3666 10.1039/C4EE01775G
24. Costentin, C.; Drouet, S.; Robert, M.; Savéant, J.-M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (27) 11235 10.1021/ja303560c
25. Cecchet, F.; Alebbi, M.; Bignozzi, C. A.; Paolucci, F. Inorg. Chim. Acta 2006, 359 (12) 3871 10.1016/j.ica.2006.04.037
26. Windle, C. D.; Pastor, E.; Reynal, A.; Whitwood, A. C.; Vaynzof, Y.; Durrant, J. R.; Perutz, R. N.; Reisner, E. Chem.-Eur. J. 2015, 21 (9) 3746 10.1002/chem.201405041
27. Liu, C.; Dubois, K. D.; Louis, M. E.; Vorushilov, A. S.; Li, G. ACS Catal. 2013, 3 (4) 655 10.1021/cs300796e
28. Dubois, K. D.; He, H.; Liu, C.; Vorushilov, A. S.; Li, G. J. Mol. Catal. A: Chem. 2012, 363-364, 208 10.1016/j.molcata.2012.06.011
29. Paracchino, A.; Laporte, V.; Sivula, K.; Grätzel, M.; Thimsen, E. Nat. Mater. 2011, 10 (6) 456 10.1038/nmat3017
30. Seger, B.; Pedersen, T.; Laursen, A. B.; Vesborg, P. C. K.; Hansen, O.; Chorkendorff, I. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (3) 1057 10.1021/ja309523t
31. Seger, B.; Tilley, D. S.; Pedersen, T.; Vesborg, P. C. K.; Hansen, O.; Grätzel, M.; Chorkendorff, I. RSC Adv. 2013, 3 (48) 25902 10.1039/c3ra45966g
32. Ha, E.-G.; Chang, J.-A.; Byun, S.-M.; Pac, C.; Jang, D.-M.; Park, J.; Kang, S. O. Chem. Commun. 2014, 50 (34) 4462 10.1039/c3cc49744e
33. Suzuki, T. M.; Tanaka, H.; Morikawa, T.; Iwaki, M.; Sato, S.; Saeki, S.; Inoue, M.; Kajino, T.; Motohiro, T. Chem. Commun. 2011, 47 (30) 8673 10.1039/c1cc12491a
34. Anfuso, C. L.; Snoeberger, R. C.; Ricks, A. M.; Liu, W.; Xiao, D.; Batista, V. S.; Lian, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (18) 6922 10.1021/ja2013664
35. O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353 (6346) 737 10.1038/353737a0
36. Krawicz, A.; Cedeno, D.; Moore, G. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16 (30) 15818 10.1039/C4CP00495G
37. Krawicz, A.; Yang, J.; Anzenberg, E.; Yano, J.; Sharp, I. D.; Moore, G. F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (32) 11861 10.1021/ja404158r
38. Seo, J.; Pekarek, R. T.; Rose, M. J. Chem. Commun. 2015, 51 (68) 13264 10.1039/C5CC02802G
39. Kou, Y.; Nakatani, S.; Sunagawa, G.; Tachikawa, Y.; Masui, D.; Shimada, T.; Takagi, S.; Tryk, D. A.; Nabetani, Y.; Tachibana, H.; Inoue, H. J. Catal. 2014, 310, 57 10.1016/j.jcat.2013.03.025
40. Sahara, G.; Abe, R.; Higashi, M.; Morikawa, T.; Maeda, K.; Ueda, Y.; Ishitani, O. Chem. Commun. 2015, 51 (53) 10722 10.1039/C5CC02403J
41. Tian, H. ChemSusChem 2015, 8, 3746 10.1002/cssc.201500983
42. Arai, T.; Sato, S.; Uemura, K.; Morikawa, T.; Kajino, T.; Motohiro, T. Chem. Commun. 2010, 46 (37) 6944 10.1039/c0cc02061c
43. Torralba-Peñalver, E.; Luo, Y.; Compain, J.-D.; Chardon-Noblat, S.; Fabre, B. ACS Catal. 2015, 5 (10) 6138 10.1021/acscatal.5b01546
44. Dry, M. E. Catal. Today 2002, 71 (3-4) 227 10.1016/S0920-5861(01)00453-9
45. Smieja, J. M.; Kubiak, C. P. Inorg. Chem. 2010, 49 (20) 9283 10.1021/ic1008363
46. Hawecker, J.; Lehn, J.-M.; Ziessel, R. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984, 328 10.1039/c39840000328
47. Ito, S.; Murakami, T. N.; Comte, P.; Liska, P.; Grätzel, C.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Thin Solid Films 2008, 516 (14) 4613 10.1016/j.tsf.2007.05.090
48. Paracchino, A.; Mathews, N.; Hisatomi, T.; Stefik, M.; Tilley, S. D.; Grätzel, M. Energy Environ. Sci. 2012, 5 (9) 8673 10.1039/c2ee22063f
49. Zardetto, V.; Di Giacomo, F.; Garcia-Alonso, D.; Keuning, W.; Creatore, M.; Mazzuca, C.; Reale, A.; Di Carlo, A.; Brown, T. M. Adv. Energy Mater. 2013, 3 (10) 1292 10.1002/aenm.201300101
50. Arakawa, H.; Yamaguchi, T.; Sutou, T.; Koishi, Y.; Tobe, N.; Matsumoto, D.; Nagai, T. Curr. Appl. Phys. 2010, 10 (2, Supplement) S157 10.1016/j.cap.2009.11.004
51. Blakemore, J. D.; Gupta, A.; Warren, J. J.; Brunschwig, B. S.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18288 10.1021/ja4099609
52. Keith, J. A.; Grice, K. A.; Kubiak, C. P.; Carter, E. A. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (42) 15823 10.1021/ja406456g
53. Walter, M. G.; Warren, E. L.; McKone, J. R.; Boettcher, S. W.; Mi, Q.; Santori, E. A.; Lewis, N. S. Chem. Rev. 2010, 110 (11) 6446 10.1021/cr1002326
54. Redmond, G.; Fitzmaurice, D. J. Phys. Chem. 1993, 97 (7) 1426 10.1021/j100109a029
55. Takeda, H.; Ohashi, M.; Tani, T.; Ishitani, O.; Inagaki, S. Inorg. Chem. 2010, 49 (10) 4554 10.1021/ic1000914
56. Won, D.-I.; Lee, J.-S.; Ji, J.-M.; Jung, W.-J.; Son, H.-J.; Pac, C.; Kang, S. O. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137 (42) 13679 10.1021/jacs.5b08890
57. Fan, K.; Li, F.; Wang, L.; Daniel, Q.; Chen, H.; Gabrielsson, E.; Sun, J.; Sun, L. ChemSusChem 2015, 8 (19) 3242 10.1002/cssc.201500730
58. Liu, R.; Stephani, C.; Han, J. J.; Tan, K. L.; Wang, D. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52 (15) 4225 10.1002/anie.201210228
59. White, J. L.; Baruch, M. F.; Pander, J. E., III; Hu, Y.; Fortmeyer, I. C.; Park, J. E.; Zhang, T.; Liao, K.; Gu, J.; Yan, Y.; Shaw, T. W.; Abelev, E.; Bocarsly, A. B. Chem. Rev. 2015, 115, 12888 10.1021/acs.chemrev.5b00370