Highly Dispersed Cobalt Oxide on TaON as Efficient Photoanodes for Long-Term Solar Water Splitting

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 5, 2016, Pages 3404-3417

  Gujral, Satnam Singh ^a   Simonov, Alexandr N ^a   Higashi, Masanobu ^b   Fang, Xi Ya ^a   Abe, Ryu ^b   Spiccia, Leone ^a  

^a MONASH UNIVERSITY   (Australia)

^b KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

Author keywords

cobalt oxide; electrodeposition; photocatalytic water splitting; tantalum oxynitride; visible light

Indexed keywords

COBALT; COBALT DEPOSITS; ELECTRODEPOSITION; ELECTRODES; ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORPTION; LIGHT; LIGHT ABSORPTION; PHOTOCATALYSTS; SOLAR ENERGY; TANTALUM OXIDES; TITANIUM DIOXIDE;

COBALT OXIDES; ELECTROCHEMICAL TECHNIQUES; OXYNITRIDES; PHOTOCATALYTIC WATER SPLITTING; PHOTOELECTROCHEMICAL WATER SPLITTING; REVERSIBLE HYDROGEN ELECTRODES; VISIBLE LIGHT; VISIBLE-LIGHT IRRADIATION;

COBALT COMPOUNDS;

EID: 84973442981     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b00629     Document Type: Article

References (87)

1. Gueymard, C. A. Sol. Energy 2004, 76, 423-453 10.1016/j.solener.2003.08.039
2. Gueymard, C. A.; Myers, D.; Emery, K. Sol. Energy 2002, 73, 443-467 10.1016/S0038-092X(03)00005-7
3. Ball, M.; Weeda, M. Int. J. Hydrogen Energy 2015, 40, 7903-7919 10.1016/j.ijhydene.2015.04.032
4. Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.; Warta, W.; Dunlop, E. D. Prog. Photovoltaics 2015, 23, 1-9 10.1002/pip.2573
5. Bolton, J. R.; Strickler, S. J.; Connolly, J. S. Nature 1985, 316, 495-500 10.1038/316495a0
6. Bonke, S. A.; Wiechen, M.; MacFarlane, D. R.; Spiccia, L. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2791-2796 10.1039/C5EE02214B
7. Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37-38 10.1038/238037a0
8. Gersten, S. W.; Samuels, G. J.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 4029-4030 10.1021/ja00378a053
9. Pregger, T.; Graf, D.; Krewitt, W.; Sattler, C.; Roeb, M.; Möller, S. Int. J. Hydrogen Energy 2009, 34, 4256-4267 10.1016/j.ijhydene.2009.03.025
10. Yamada, Y. Int. J. Hydrogen Energy 2003, 28, 1167-1169 10.1016/S0360-3199(02)00280-X
11. Yamasita, D.; Takata, T.; Hara, M.; Kondo, J. N.; Domen, K. Solid State Ionics 2004, 172, 591-595 10.1016/j.ssi.2004.04.033
12. Yu, Z.; Li, F.; Sun, L. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 760-775 10.1039/C4EE03565H
13. Turner, J. A. Science 1999, 285, 687-689 10.1126/science.285.5428.687
14. Rajeshwar, K. J. Appl. Electrochem. 2007, 37, 765-787 10.1007/s10800-007-9333-1
15. Rajeshwar, K. In Solar Hydrogen Generation-Toward a Renewable Energy Future; Rajeshwar, K.; McConnell, R.; Licht, S., Eds.; Springer Science and Business Media: New York, 2008; p 167.
16. 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
17. Varghese, O. K.; Grimes, C. A. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 374-384 10.1016/j.solmat.2007.11.006
18. Kudo, A. Pure Appl. Chem. 2007, 79, 1917-1927 10.1351/pac200779111917
19. Abe, R. J. Photochem. Photobiol., C 2010, 11, 179-209 10.1016/j.jphotochemrev.2011.02.003
20. Abe, R.; Sayama, K.; Sugihara, H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16052-16061 10.1021/jp052848l
21. Hisatomi, T.; Kubota, J.; Domen, K. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7520-7535 10.1039/C3CS60378D
22. Sun, J.; Zhong, D. K.; Gamelin, D. R. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1252-1261 10.1039/c0ee00030b
23. Chen, X.; Shen, S.; Guo, L.; Mao, S. S. Chem. Rev. 2010, 110, 6503-6570 10.1021/cr1001645
24. Chang, S.-m.; Liu, W.-s. Appl. Catal., B 2014, 156-157, 466-475 10.1016/j.apcatb.2014.03.044
25. Dvoranová, D.; Brezová, V.; Mazúr, M.; Malati, M. A. Appl. Catal., B 2002, 37, 91-105 10.1016/S0926-3373(01)00335-6
26. Kato, H.; Kudo, A. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 5029-5034 10.1021/jp0255482
27. Yu, J.; Xiang, Q.; Zhou, M. Appl. Catal., B 2009, 90, 595-602 10.1016/j.apcatb.2009.04.021
28. Thimsen, E.; Biswas, S.; Lo, C. S.; Biswas, P. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 2014-2021 10.1021/jp807579h
29. Zhang, Z.; Zhang, L.; Hedhili, M. N.; Zhang, H.; Wang, P. Nano Lett. 2013, 13, 14-20 10.1021/nl3029202
30. Liu, Z.; Hou, W.; Pavaskar, P.; Aykol, M.; Cronin, S. B. Nano Lett. 2011, 11, 1111-1116 10.1021/nl104005n
31. Lee, J.; Mubeen, S.; Ji, X.; Stucky, G. D.; Moskovits, M. Nano Lett. 2012, 12, 5014-5019 10.1021/nl302796f
32. Pu, Y. C.; Wang, G.; Chang, K. D.; Ling, Y.; Lin, Y. K.; Fitzmorris, B. C.; Liu, C. M.; Lu, X.; Tong, Y.; Zhang, J. Z.; Hsu, Y. J.; Li, Y. Nano Lett. 2013, 13, 3817-3823 10.1021/nl4018385
33. Youngblood, W. J.; Lee, S.-H. A.; Maeda, K.; Mallouk, T. E. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1966-1973 10.1021/ar9002398
34. Youngblood, W. J.; Lee, S.-H. A.; Kobayashi, Y.; Hernandez-Pagan, E. A.; Hoertz, P. G.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D.; Mallouk, T. E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 926-927 10.1021/ja809108y
35. Brimblecombe, R.; Koo, A.; Dismukes, G. C.; Swiegers, G. F.; Spiccia, L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2892-2894 10.1021/ja910055a
36. Kirner, J. T.; Stracke, J. J.; Gregg, B. A.; Finke, R. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 13367-13377 10.1021/am405598w
37. Daeneke, T.; Kwon, T.-H.; Holmes, A. B.; Duffy, N. W.; Bach, U.; Spiccia, L. Nat. Chem. 2011, 3, 213-217 10.1038/nchem.966
38. Daeneke, T.; Mozer, A. J.; Uemura, Y.; Makuta, S.; Fekete, M.; Tachibana, Y.; Koumura, N.; Bach, U.; Spiccia, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16925-16928 10.1021/ja3054578
39. Zeng, J. N.; Low, J. K.; Ren, Z. M.; Liew, T.; Lu, Y. F. Appl. Surf. Sci. 2002, 197-198, 362-367 10.1016/S0169-4332(02)00425-7
40. Wang, G.; Wang, H.; Ling, Y.; Tang, Y.; Yang, X.; Fitzmorris, R. C.; Wang, C.; Zhang, J. Z.; Li, Y. Nano Lett. 2011, 11, 3026-3033 10.1021/nl201766h
41. Rahman, M. A.; Bazargan, S.; Srivastava, S.; Wang, X.; Abd-Ellah, M.; Thomas, J. P.; Heinig, N. F.; Pradhan, D.; Leung, K. T. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 3363-3373 10.1039/C5EE01615K
42. Zhong, D. K.; Sun, J.; Inumaru, H.; Gamelin, D. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6086-6087 10.1021/ja9016478
43. Tokunaga, S.; Kato, H.; Kudo, A. Chem. Mater. 2001, 13, 4624-4628 10.1021/cm0103390
44. Xu, Y.; Schoonen, M. A. A. Am. Mineral. 2000, 85, 543-556 10.2138/am-2000-0416
45. Chun, W. J.; Ishikawa, A.; Fujisawa, H.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kawai, M.; Matsumoto, Y.; Domen, K. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1798-1803 10.1021/jp027593f
46. Abe, R.; Higashi, M.; Domen, K. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11828-11829 10.1021/ja1016552
47. Tilley, S. D.; Cornuz, M.; Sivula, K.; Gratzel, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 6405-6408 10.1002/anie.201003110
48. Higashi, M.; Domen, K.; Abe, R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10238-10241 10.1021/ja404030x
49. Abdi, F. F.; Han, L.; Smets, A. H.; Zeman, M.; Dam, B.; van de Krol, R. Nat. Commun. 2013, 4, 2195 10.1038/ncomms3195
50. Zhong, M.; Hisatomi, T.; Kuang, Y.; Zhao, J.; Liu, M.; Iwase, A.; Jia, Q.; Nishiyama, H.; Minegishi, T.; Nakabayashi, M.; Shibata, N.; Niishiro, R.; Katayama, C.; Shibano, H.; Katayama, M.; Kudo, A.; Yamada, T.; Domen, K. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5053-5060 10.1021/jacs.5b00256
51. Higashi, M.; Domen, K.; Abe, R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6968-6971 10.1021/ja302059g
52. Banerjee, S.; Mohapatra, S. K.; Misra, M. Chem. Commun. 2009, 7137-7139 10.1039/b912549c
53. Hou, J.; Yang, C.; Cheng, H.; Jiao, S.; Takeda, O.; Zhu, H. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3758-3768 10.1039/C4EE02403F
54. Allam, N. K.; Shaheen, B. S.; Hafez, A. M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 4609-4615 10.1021/am500286n
55. Hou, J.; Wang, Z.; Yang, C.; Cheng, H.; Jiao, S.; Zhu, H. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3322-3330 10.1039/c3ee41854e
56. Zhen, C.; Chen, R.; Wang, L.; Liu, G.; Cheng, H.-M. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 2783-2800 10.1039/C5TA07057K
57. Hara, M.; Hitoki, G.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Kobayashi, H.; Domen, K. Catal. Today 2003, 78, 555-560 10.1016/S0920-5861(02)00354-1
58. Hitoki, G.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kobayashi, H.; Domen, K. Chem. Commun. 2002, 1698-1699 10.1039/B202393H
59. Maeda, K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 10537-10548 10.1039/c2cp43914j
60. Sasaki, Y.; Tokuyasu, Z.; Ono, Y.; Iwasaki, M.; Ito, S. Adv. Mater. Sci. Eng. 2009, 436729 10.1155/2009/436729
61. Abe, R.; Takata, T.; Sugihara, H.; Domen, K. Chem. Commun. 2005, 3829-3831 10.1039/b505646b
62. Wu, Y.; Lazic, P.; Hautier, G.; Persson, K.; Ceder, G. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 157-168 10.1039/C2EE23482C
63. Le Paven-Thivet, C.; Ishikawa, A.; Ziani, A.; Le Gendre, L.; Yoshida, M.; Kubota, J.; Tessier, F.; Domen, K. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 6156-6162 10.1021/jp811100r
64. Fuertes, A. Dalton Trans. 2010, 39, 5942-5948 10.1039/c000502a
65. Wang, Z.; Hou, J.; Jiao, S.; Huang, K.; Zhu, H. J. Mater. Chem. 2012, 22, 21972-21978 10.1039/c2jm35374a
66. Hou, J.; Wang, Z.; Kan, W.; Jiao, S.; Zhu, H.; Kumar, R. V. J. Mater. Chem. 2012, 22, 7291-7299 10.1039/c2jm15791h
67. Alexander, B. D.; Kulesza, P. J.; Rutkowska, I.; Solarska, R.; Augustynski, J. J. Mater. Chem. 2008, 18, 2298-2303 10.1039/b718644d
68. Abe, R.; Takata, T.; Sugihara, H.; Domen, K. Chem. Lett. 2005, 34, 1162-1163 10.1246/cl.2005.1162
69. Higashi, M.; Domen, K.; Abe, R. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4138-4147 10.1039/c1ee01878g
70. Kim, E. S.; Nishimura, N.; Magesh, G.; Kim, J. Y.; Jang, J. W.; Jun, H.; Kubota, J.; Domen, K.; Lee, J. S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5375-5383 10.1021/ja308723w
71. Gujral, S. S.; Simonov, A. N.; Higashi, M.; Abe, R.; Spiccia, L. ChemElectroChem 2015, 2, 1270-1278 10.1002/celc.201500224
72. Gujral, S. S.; Simonov, A. N.; Fang, X.-Y.; Higashi, M.; Gengenbach, T.; Abe, R.; Spiccia, L. Catal. Sci. Technol. 2016, 10.1039/C5CY01432H
73. Ito, S.; Murakami, T. N.; Comte, P.; Liska, P.; Grätzel, C.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Thin Solid Films 2008, 516, 4613-4619 10.1016/j.tsf.2007.05.090
74. Sommeling, P. M.; O'Regan, B. C.; Haswell, R. R.; Smit, H. J. P.; Bakker, N. J.; Smits, J. J. T.; Kroon, J. M.; van Roosmalen, J. A. M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 19191-19197 10.1021/jp061346k
75. Lee, C. B. J. Future Fusion Technol. 2009, 1, 43-46
76. Sedghi, A.; Miankushki, H. N. Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 12078-12089
77. Kanan, M. W.; Yano, J.; Surendranath, Y.; DincǍ, M.; Yachandra, V. K.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13692-13701 10.1021/ja1023767
78. Gerken, J. B.; McAlpin, J. G.; Chen, J. Y. C.; Rigsby, M. L.; Casey, W. H.; Britt, R. D.; Stahl, S. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14431-14442 10.1021/ja205647m
79. Risch, M.; Khare, V.; Zaharieva, I.; Gerencser, L.; Chernev, P.; Dau, H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6936-6937 10.1021/ja902121f
80. Bonke, S. A.; Wiechen, M.; Hocking, R. K.; Fang, X.-Y.; Lupton, D. W.; MacFarlane, D. R.; Spiccia, L. ChemSusChem 2015, 8, 1394-1403 10.1002/cssc.201403188
81. Lutterman, D. A.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3838-3839 10.1021/ja900023k
82. Farrow, C. L.; Bediako, D. K.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G.; Billinge, S. J. L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6403-6406 10.1021/ja401276f
83. Fekete, M.; Ludwig, W.; Gledhill, S.; Chen, J.; Patti, A.; Spiccia, L. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 2014, 750-759 10.1002/ejic.201300668
84. Kushner-Lenhoff, M. N.; Blakemore, J. D.; Schley, N. D.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Dalton Trans. 2013, 42, 3617-3622 10.1039/c2dt32326e
85. 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
86. Xiong, F. Q.; Shi, J.; Wang, D.; Zhu, J.; Zhang, W. H.; Li, C. Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 1699-1702 10.1039/c3cy00062a
87. Chen, Z.; Jaramillo, T. F.; Deutsch, T. G.; Kleiman-Shwarsctein, A.; Forman, A. J.; Gaillard, N.; Garland, R.; Takanabe, K.; Heske, C.; Sunkara, M.; McFarland, E. W.; Domen, K.; Miller, E. L.; Turner, J. A.; Dinh, H. N. J. Mater. Res. 2010, 25, 3-16 10.1557/JMR.2010.0020