Strongly Coupled Ternary Hybrid Aerogels of N-deficient Porous Graphitic-C3N4 Nanosheets/N-Doped Graphene/NiFe-Layered Double Hydroxide for Solar-Driven Photoelectrochemical Water Oxidation

Nano Letters

Volumn 16, Issue 4, 2016, Pages 2268-2277

  Hou, Yang ^a   Wen, Zhenhai ^a   Cui, Shumao ^a   Feng, Xinliang ^b   Chen, Junhong ^a  

^a University of Wisconsin Milwaukee   (United States)

^b CENTER FOR ADVANCING ELECTRONICS DRESDEN CFAED   (Germany)

Author keywords

3D aerogel; hybrid nanosheets; photoanode; photoelectrochemical water splitting

Indexed keywords

AEROGELS; ASSOCIATION REACTIONS; CARBON; DOPING (ADDITIVES); ELECTROCHEMISTRY; ELECTRON TRANSPORT PROPERTIES; GRAPHENE; NANOSHEETS; POROUS MATERIALS; SURFACE REACTIONS;

HIERARCHICAL STRUCTURES; INCIDENT PHOTON-TO-CURRENT EFFICIENCIES; LAYERED DOUBLE HYDROXIDES; PHOTO-ANODES; PHOTOELECTROCHEMICAL PERFORMANCE; PHOTOELECTROCHEMICAL WATER OXIDATION; PHOTOELECTROCHEMICAL WATER SPLITTING; REVERSIBLE HYDROGEN ELECTRODES;

REACTION KINETICS;

EID: 84964956132     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04496     Document Type: Article

References (97)

1. Hisatomi, T.; Kubota, J.; Domen, K. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7520-7535 10.1039/C3CS60378D
2. Li, Y.; Zhang, L.; Torres-Pardo, A.; González-Calbet, J. M.; Ma, Y.; Oleynikov, P.; Terasaki, O.; Asahina, S.; Shima, M.; Cha, D.; Zhao, L.; Takanabe, K.; Kubota, J.; Domen, K. Nat. Commun. 2013, 4, 2566 10.1038/ncomms3566
3. Liu, Q.; He, J.; Yao, T.; Sun, Z.; Cheng, W.; He, S.; Xie, Y.; Peng, Y.; Cheng, H.; Sun, Y.; Jiang, Y.; Hu, F.; Xie, Z.; Yan, W.; Pan, Z.; Wu, Z.; Wei, S. Nat. Commun. 2014, 5, 5122 10.1038/ncomms6122
4. Walter, M. G.; Warren, E. L.; McKone, J. R.; Boettcher, S. W.; Mi, Q. X.; Santori, E. A.; Lewis, N. S. Chem. Rev. 2011, 111, 5815-5815 10.1021/cr200102n
5. Walter, M. G.; Warren, E. L.; McKone, J. R.; Boettcher, S. W.; Mi, Q.; Santori, E. A.; Lewis, N. S. Chem. Rev. 2010, 110, 6446-6473 10.1021/cr1002326
6. Huang, Q.; Ye, Z.; Xiao, X. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 15824-15837 10.1039/C5TA03594E
7. Sun, J.; Zhong, D. K.; Gamelin, D. R. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1252-1261 10.1039/c0ee00030b
8. Wang, X.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.; Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8, 76-80 10.1038/nmat2317
9. Liu, J.; Liu, Y.; Liu, N.; Han, Y.; Zhang, X.; Huang, H.; Lifshitz, Y.; Lee, S. T.; Zhong, J.; Kang, Z. Science 2015, 347, 970-974 10.1126/science.aaa3145
10. Wang, Y.; Wang, X.; Antonietti, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 68-89 10.1002/anie.201101182
11. Hou, Y.; Wen, Z.; Cui, S.; Guo, X.; Chen, J. Adv. Mater. 2013, 25, 6291-6297 10.1002/adma.201303116
12. Sun, J.; Zhang, J.; Zhang, M.; Antonietti, M.; Fu, X.; Wang, X. Nat. Commun. 2012, 6, 1139 10.1038/ncomms2152
13. Zhang, G.; Zhang, M.; Ye, X.; Qiu, X.; Lin, S.; Wang, X. Adv. Mater. 2014, 26, 805-809 10.1002/adma.201303611
14. Hong, J.; Wang, Y.; Wang, Y.; Zhang, W.; Xu, R. ChemSusChem 2013, 6, 2263-2268 10.1002/cssc.201300647
15. Qiu, W.; Xu, M.; Yang, X.; Chen, F.; Nan, Y.; Zhang, J.; Iwai, H.; Chen, H. J. Mater. Chem. 2011, 21, 13327-13333 10.1039/c1jm11616a
16. Cho, I. S.; Lee, C. H.; Feng, Y.; Logar, M.; Rao, P. M.; Cai, L.; Kim, D. R.; Sinclair, R.; Zheng, X. Nat. Commun. 2013, 4, 1723 10.1038/ncomms2729
17. Kim, D.; Sakimoto, K. K.; Hong, D.; Yang, P. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 3259-3266 10.1002/anie.201409116
18. Chen, X.; Liu, L.; Yu, P. Y.; Mao, S. S. Science 2011, 331, 746-750 10.1126/science.1200448
19. Niu, P.; Yin, L. C.; Yang, Y. Q.; Liu, G.; Cheng, H. M. Adv. Mater. 2014, 26, 8046-8052 10.1002/adma.201404057
20. Zhao, Y.; Zhao, F.; Wang, X.; Xu, C.; Zhang, Z.; Shi, G.; Qu, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 13934-13939 10.1002/anie.201409080
21. Han, Q.; Wang, B.; Zhao, Y.; Hu, C.; Qu, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 11433-11437 10.1002/anie.201504985
22. Wang, X.; Wang, L.; Zhao, F.; Hu, C.; Zhao, Y.; Zhang, Z.; Chen, S.; Shi, G.; Qu, L. Nanoscale 2015, 7, 3035-3042 10.1039/C4NR05343E
23. Liang, Q.; Li, Z.; Yu, X.; Huang, Z. H.; Kang, F.; Yang, Q. H. Adv. Mater. 2015, 27, 4634-4639 10.1002/adma.201502057
24. Zhang, Y.; Liu, J.; Wu, G.; Chen, W. Nanoscale 2012, 4, 5300-5303 10.1039/c2nr30948c
25. Lee, J. T.; Zhao, Y.; Thieme, S.; Kim, H.; Oschatz, M.; Borchardt, L.; Magasinski, A.; Cho, W. I.; Kaskel, S.; Yushin, G. Adv. Mater. 2013, 25, 4573-4579 10.1002/adma.201301579
26. Kim, T. W.; Choi, K. S. Science 2014, 343, 990-994 10.1126/science.1246913
27. Kenney, M. J.; Gong, M.; Li, Y.; Wu, J. Z.; Feng, J.; Lanza, M.; Dai, H. Science 2013, 342, 836-840 10.1126/science.1241327
28. Smith, R. D. L.; Prévot, M. S.; Fagan, R. D.; Zhang, Z.; Sedach, P. A.; Siu, M. K. J.; Trudel, S.; Berlinguette, C. P. Science 2013, 340, 60-63 10.1126/science.1233638
29. Long, X.; Xiao, S.; Wang, Z.; Zheng, X.; Yang, S. Chem. Commun. 2015, 51, 1120-1123 10.1039/C4CC08856E
30. Tang, C.; Wang, H. S.; Wang, H. F.; Zhang, Q.; Tian, G. L.; Nie, J. Q.; Wei, F. Adv. Mater. 2015, 27, 4516-4522 10.1002/adma.201501901
31. Nayak, S.; Mohapatra, L.; Parida, K. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 18622-18635 10.1039/C5TA05002B
32. 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, 1593-1596 10.1126/science.1258307
33. Long, X.; Li, J.; Xiao, S.; Yan, K.; Wang, Z.; Chen, H.; Yang, S. Angew. Chem. 2014, 126, 7714-7718 10.1002/ange.201402822
34. Gong, M.; Dai, H. Nano Res. 2015, 8, 23-39 10.1007/s12274-014-0591-z
35. Gong, M.; Li, Y.; Wang, H.; Liang, Y.; Wu, J. Z.; Zhou, J.; Wang, J.; Regier, T.; Wei, F.; Dai, H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8452-8455 10.1021/ja4027715
36. Youn, D. H.; Park, Y. B.; Kim, J. Y.; Magesh, G.; Jang, Y. J.; Lee, J. S. J. Power Sources 2015, 294, 437-443 10.1016/j.jpowsour.2015.06.098
37. Long, X.; Wang, Z.; Xiao, S.; An, Y.; Yang, S. Mater. Today 2016, 10.1016/j.mattod.2015.10.006
38. Low, J.; Cao, S.; Yu, J.; Wageh, S. Chem. Commun. 2014, 50, 10768-10777 10.1039/C4CC02553A
39. Zhao, Y.; Hu, C.; Song, L.; Wang, L.; Shi, G.; Dai, L.; Qu, L. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1913-1918 10.1039/c4ee00106k
40. Biener, J.; Stadermann, M.; Suss, M.; Worsley, M. A.; Biener, M. M.; Rose, K. A.; Baumann, T. F. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 656-667 10.1039/c0ee00627k
41. Nardecchia, S.; Carriazo, D.; Ferrer, M. L.; Gutierrez, M. C.; del Monte, F. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 794-830 10.1039/C2CS35353A
42. Wu, Z. S.; Yang, S.; Sun, Y.; Parvez, K.; Feng, X.; Müllen, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9082-9085 10.1021/ja3030565
43. Zhu, C.; Han, T. Y. J.; Duoss, E. B.; Golobic, A. M.; Kuntz, J. D.; Spadaccini, C. M.; Worsley, M. A. Nat. Commun. 2015, 6, 6962 10.1038/ncomms7962
44. Han, W.; Zang, C.; Huang, Z.; Zhang, H.; Ren, L.; Qi, X.; Zhong, J. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 19502-19512 10.1016/j.ijhydene.2014.09.043
45. Fan, Y.; Ma, W.; Han, D.; Gan, S.; Dong, X.; Niu, L. Adv. Mater. 2015, 27, 3767-3773 10.1002/adma.201500391
46. Han, W.; Ren, L.; Gong, L.; Qi, X.; Liu, Y.; Yang, L.; Wei, X.; Zhong, J. ACS Sustainable Chem. Eng. 2014, 2, 741-748 10.1021/sc400417u
47. Qiu, B.; Xing, M.; Zhang, J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5852-5855 10.1021/ja500873u
48. Hou, Y.; Zhang, B.; Wen, Z.; Cui, S.; Guo, X.; He, Z.; Chen, J. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 13795-13800 10.1039/C4TA02254H
49. Yin, Y. X.; Xin, S.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 13186-13200 10.1002/anie.201304762
50. Shan, Y.; Yu, C.; Yang, J.; Dong, Q.; Fan, X.; Qiu, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 12203-12209 10.1021/acsami.5b02595
51. Zhou, J.; Qin, J.; Zhang, X.; Shi, C.; Liu, E.; Li, J.; Zhao, N.; He, C. ACS Nano 2015, 9, 3837-3848 10.1021/nn506850e
52. Hou, Y.; Li, J.; Wen, Z.; Cui, S.; Yuan, C.; Chen, J. Nano Energy 2014, 8, 157-164 10.1016/j.nanoen.2014.06.003
53. Zhao, F.; Cheng, H.; Hu, Y.; Song, L.; Zhang, Z.; Jiang, L.; Qu, L. Sci. Rep. 2014, 4, 5882 10.1038/srep05882
54. Zhou, Z.; Shen, Y.; Li, Y.; Liu, A.; Liu, S.; Zhang, Y. ACS Nano 2015, 9, 12480-12487 10.1021/acsnano.5b05924
55. Song, F.; Hu, X. Nat. Commun. 2014, 5, 4477 10.1038/ncomms5477
56. Abellan, G.; Coronado, E.; Marti-Gastaldo, C.; Pinilla-Cienfuegos, E.; Ribera, A. J. Mater. Chem. 2010, 20, 7451-7455 10.1039/c0jm01447h
57. Oliver-Tolentino, M. A.; Vázquez-Samperio, J.; Manzo-Robledo, A.; González-Huerta, R. D. G.; Flores-Moreno, J. L.; Ramírez-Rosales, D.; Guzmán-Vargas, A. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 22432-22438 10.1021/jp506946b
58. Jiang, Y.; Li, X.; Yu, S.; Jia, L.; Zhao, X.; Wang, C. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 2693-2700 10.1002/adfm.201500194
59. Hou, Y.; Huang, T.; Wen, Z.; Mao, S.; Cui, S.; Chen, J. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1400337 10.1002/aenm.201400337
60. Ma, T. Y.; Dai, S.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 7281-7285 10.1002/anie.201403946
61. Abellán, G.; Carrasco, J. A.; Coronado, E.; Prieto-Ruiz, J. P.; Prima-García, H. Adv. Mater. Interfaces 2014, 1, 1400184 10.1002/admi.201470035
62. Liu, X.; Chang, Z.; Luo, L.; Xu, T.; Lei, X.; Liu, J.; Sun, X. Chem. Mater. 2014, 26, 1889-1895 10.1021/cm4040903
63. Zheng, Y. R.; Gao, M. R.; Gao, Q.; Li, H. H.; Xu, J.; Wu, Z. Y.; Yu, S. H. Small 2015, 11, 182-188 10.1002/smll.201401423
64. Gao, M. R.; Xu, Y. F.; Jiang, J.; Zheng, Y. R.; Yu, S. H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2930-2933 10.1021/ja211526y
65. Lai, L.; Potts, J. R.; Zhan, D.; Wang, L.; Poh, C. K.; Tang, C.; Gong, H.; Shen, Z.; Lin, J.; Ruoff, R. S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7936-7942 10.1039/c2ee21802j
66. Liu, Q.; Zhang, J. Langmuir 2013, 29, 3821-3828 10.1021/la400003h
67. Niu, P.; Liu, G.; Cheng, H. M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 11013-11018 10.1021/jp301026y
68. Wang, Z.; Yang, C.; Lin, T.; Yin, H.; Chen, P.; Wan, D.; Xu, F.; Huang, F.; Lin, J.; Xie, X.; Jiang, M. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 5444-5450 10.1002/adfm.201300486
69. Zhang, J.; Zhang, M.; Lin, L.; Wang, X. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 6297-6301 10.1002/anie.201501001
70. Zhang, J.; Chen, X.; Takanabe, K.; Maeda, K.; Domen, K.; Epping, J. D.; Fu, X.; Antonietti, M.; Wang, X. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 441-444 10.1002/anie.200903886
71. Hou, Y.; Zuo, F.; Dagg, A.; Feng, P. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 1248-1252 10.1002/anie.201207578
72. Bian, J.; Li, Q.; Huang, C.; Li, J.; Guo, Y.; Zaw, M.; Zhang, R. Q. Nano Energy 2015, 15, 353-361 10.1016/j.nanoen.2015.04.012
73. Li, T.; He, J.; Peña, B.; Berlinguette, C. P. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 1769-1772 10.1002/anie.201509567
74. Jang, J. W.; Du, C.; Ye, Y.; Lin, Y.; Yao, X.; Thorne, J.; Liu, E.; McMahon, G.; Zhu, J.; Javey, A.; Guo, J.; Wang, D. Nat. Commun. 2015, 6, 7447 10.1038/ncomms8447
75. Fu, L.; Yu, H.; Zhang, C.; Shao, Z.; Yi, B. Electrochim. Acta 2014, 136, 363-369 10.1016/j.electacta.2014.05.094
76. Wang, G.; Ling, Y.; Wang, H.; Yang, X.; Wang, C.; Zhang, J. Z.; Li, Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6180-6187 10.1039/c2ee03158b
77. Kelkar, S. A.; Shaikh, P. A.; Pachfule, P.; Ogale, S. B. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5681-5685 10.1039/C2EE03042J
78. Biswas, S. K.; Baeg, J. O. Int. J. Hydrogen Energy 2013, 38, 14451-14457 10.1016/j.ijhydene.2013.09.064
79. Kim, J. Y.; Magesh, G.; Youn, D. H.; Jang, J. W.; Kubota, J.; Domen, K.; Lee, J. S. Sci. Rep. 2013, 3, 2681 10.1038/srep02681
80. Abdi, F. F.; Han, L.; Smets, A. H. M.; Zeman, M.; Dam, B.; van de Krol, R. Nat. Commun. 2013, 4, 2195 10.1038/ncomms3195
81. Zhong, D. K.; Sun, J.; Inumaru, H.; Gamelin, D. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6086-6087 10.1021/ja9016478
82. Hou, J.; Cheng, H.; Takeda, O.; Zhu, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 8480-8484 10.1002/anie.201502319
83. Zhong, M.; Li, Y.; Yamada, I.; Delaunay, J. J. Nanoscale 2012, 4, 1509-1514 10.1039/C2NR11451H
84. Ai, G.; Mo, R.; Li, H.; Zhong, J. Nanoscale 2015, 7, 6722-6728 10.1039/C5NR00863H
85. Zhou, M.; Bao, J.; Bi, W.; Zeng, Y.; Zhu, R.; Tao, M.; Xie, Y. ChemSusChem 2012, 5, 1420-1425 10.1002/cssc.201200287
86. Iandolo, B.; Zhang, H.; Wickman, B.; Zoric, I.; Conibeer, G.; Hellman, A. RSC Adv. 2015, 5, 61021-61030 10.1039/C5RA10215D
87. Li, L.; Yan, J.; Wang, T.; Zhao, Z. J.; Zhang, J.; Gong, J.; Guan, N. Nat. Commun. 2015, 6, 5881 10.1038/ncomms6881
88. Liu, Y.; Yu, Y. X.; Zhang, W. D. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 9105-9113 10.1016/j.ijhydene.2014.03.248
89. Zhang, Y.; Antonietti, M. Chem.-Asian J. 2010, 5, 1307-1311 10.1002/asia.200900685
90. Zhang, Y.; Schnepp, Z.; Cao, J.; Ouyang, S.; Li, Y.; Ye, J.; Liu, S. Sci. Rep. 2013, 3, 2163 10.1038/srep02163
91. Hou, J.; Yang, C.; Cheng, H.; Jiao, S.; Takeda, O.; Zhu, H. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3758-3768 10.1039/C4EE02403F
92. Iwashina, K.; Iwase, A.; Ng, Y. H.; Amal, R.; Kudo, A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 604-607 10.1021/ja511615s
93. Hou, Y.; Li, X.; Zhao, Q.; Quan, X.; Chen, G. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 5098-5103 10.1021/es100004u
94. Hou, J.; Wang, Z.; Yang, C.; Cheng, H.; Jiao, S.; Zhu, H. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3322-3330 10.1039/c3ee41854e
95. Hou, Y.; Zuo, F.; Dagg, A.; Feng, P. Nano Lett. 2012, 12, 6464-6473 10.1021/nl303961c
96. Shi, X.; Choi, I. Y.; Zhang, K.; Kwon, J.; Kim, D. Y.; Lee, J. K.; Oh, S. H.; Kim, J. K.; Park, J. H. Nat. Commun. 2014, 5, 4775 10.1038/ncomms5775
97. Wang, L.; Dionigi, F.; Nguyen, N. T.; Kirchgeorg, R.; Gliech, M.; Grigorescu, S.; Strasser, P.; Schmuki, P. Chem. Mater. 2015, 27, 2360-2366 10.1021/cm503887t