Enhanced Kinetics of Hole Transfer and Electrocatalysis during Photocatalytic Oxygen Evolution by Cocatalyst Tuning

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 7, 2016, Pages 4117-4126

  Nurlaela, Ela ^a   Wang, Hai ^b,c   Shinagawa, Tatsuya ^a   Flanagan, Sean ^a   Ould Chikh, Samy ^a   Qureshi, Muhammad ^a   Mics, Zoltán ^b   Sautet, Philippe ^d   Le Bahers, Tangui ^d   Cánovas, Enrique ^b   Bonn, Mischa ^b   Takanabe, Kazuhiro ^a  

^a KING ABDULLAH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Saudi Arabia)

^b MAX PLANCK INSTITUTE FOR POLYMER RESEARCH   (Germany)

^c JOHANNES GUTENBERG UNIVERSITY   (Germany)

^d UNIVERSITÉ LYON 1   (France)

Author keywords

electrocatalysis; hole transfer kinetics; oxygen evolution reaction; photocatalysis; tantalum nitride; time resolved terahertz spectroscopy

Indexed keywords

CATALYSIS; COBALT; COBALT COMPOUNDS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTROCATALYSIS; ELECTRODES; ELECTRONIC STRUCTURE; ENERGY CONVERSION; KINETICS; OXYGEN; PHOTOCATALYSIS; PHOTOCATALYSTS; REACTION KINETICS; RHODIUM; RUTHENIUM; SOLAR ENERGY; SUSPENSIONS (COMPONENTS); TRACE ELEMENTS;

ELECTROCATALYTIC ACTIVITY; ELECTROCHEMICAL COMPONENTS; HOLE TRANSFER; OXYGEN EVOLUTION REACTION; PHOTOCATALYTIC EFFICIENCY; PHOTOCATALYTIC PERFORMANCE; TANTALUM NITRIDES; TIME-RESOLVED;

TERAHERTZ SPECTROSCOPY;

EID: 84977107016     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b00508     Document Type: Article

References (61)

1. Takanabe, K.; Domen, K. Green 2011, 1, 313-322 10.1515/GREEN.2011.030
2. Tong, H.; Ouyang, S.; Bi, Y.; Umezawa, N.; Oshikiri, M.; Ye, J. Adv. Mater. 2012, 24, 229-25 10.1002/adma.201102752
3. Maeda, K.; Domen, K. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2655-2661 10.1021/jz1007966
4. Kudo, A.; Miseki, Y. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253-278 10.1039/B800489G
5. Maeda, K.; Domen, K. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7851-7861 10.1021/jp070911w
6. Abe, R. J. Photochem. Photobiol., C 2010, 11, 179-209 10.1016/j.jphotochemrev.2011.02.003
7. 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
8. 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
9. Hitoki, G.; Ishikawa, A.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Domen, K. Chem. Lett. 2002, 7, 736-737 10.1246/cl.2002.736
10. Li, M.; Luo, W.; Cao, D.; Zhao, X.; Li, Z.; Yu, T.; Zou, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 11016-11020 10.1002/anie.201305350
11. Li, Y.; Takata, T.; Cha, D.; Takanabe, K.; Minegishi, T.; Kubota, J.; Domen, K. Adv. Mater. 2013, 25, 125-131 10.1002/adma.201202582
12. Gao, R.; Hu, L.; Chen, M.; Wu, L. Small 2014, 10 (15) 3038-3044 10.1002/smll.201303873
13. Liu, G.; Shi, J.; Zhang, F.; Chen, Z.; Han, J.; Ding, C.; Chen, S.; Wang, Z.; Han, H.; Li, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 7295-7299 10.1002/anie.201404697
14. Hara, M.; Chiba, E.; Ishikawa, A.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Domen, K. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 13441-13445 10.1021/jp036189t
15. Ishikawa, A.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Domen, K. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11049-11053 10.1021/jp048802u
16. Nurlaela, E.; Ould-Chikh, S.; Harb, M.; del Gobbo, S.; Aouine, M.; Puzenat, E.; Sautet, P.; Domen, K.; Basset, J.-M.; Takanabe, K. Chem. Mater. 2014, 26, 4812-4825 10.1021/cm502015q
17. Fukasawa, Y.; Takanabe, K.; Shimojima, A.; Antonietti, M.; Domen, K.; Okubo, T. Chem.-Asian J. 2011, 6, 103-109 10.1002/asia.201000523
18. Ziani, A.; Nurlaela, E.; Dhawale, D. S.; Silva, D. A.; Alarousu, E.; Mohammed, O. F.; Takanabe, K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 2670-2677 10.1039/C4CP05616G
19. Chen, S.; Shen, S.; Liu, G.; Qi, Y.; Zhang, F.; Li, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 3047-3051 10.1002/anie.201409906
20. Seo, J.; Takata, T.; Nakabayashi, M.; Hisatomi, T.; Shibata, N.; Minegishi, T.; Domen, K. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 12780-12783 10.1021/jacs.5b08329
21. Suzuki, S.; Wagata, H.; Komatsu, M.; Minegishi, T.; Domen, K.; Oishi, S.; Teshima, K. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 13946-13952 10.1039/C5TA01724F
22. Ma, S. S. K.; Hisatomi, T.; Maeda, K.; Moriya, Y.; Domen, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19993-19996 10.1021/ja3095747
23. Nurlaela, E.; Ould-Chikh, S.; Llorens, I.; Hazemann, J.-L.; Takanabe, K. Chem. Mater. 2015, 27, 5685-5694 10.1021/acs.chemmater.5b02139
24. Nurlaela, E.; Shinagawa, T.; Qureshi, M.; Dhawale, D. S.; Takanabe, K. ACS Catal. 2016, 6, 1713-1722 10.1021/acscatal.5b02804
25. Zhang, J. F.; Yamakata, A.; Maeda, K.; Moriya, Y.; Takata, T.; Kubota, J.; Teshima, K.; Oishi, S.; Domen, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8348-8351 10.1021/ja301726c
26. Ran, J.; Zhang, J.; Yu, J.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7787-7812 10.1039/C3CS60425J
27. Zhong, D. K.; Choi, S.; Gamelin, D. R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18370-18377 10.1021/ja207348x
28. Seabold, J. A.; Choi, K.-S. Chem. Mater. 2011, 23, 1105-1112 10.1021/cm1019469
29. Lin, F.; Boettcher, S. W. Nat. Mater. 2013, 13, 81-86 10.1038/nmat3811
30. Yeo, B. S.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5587-5593 10.1021/ja200559j
31. Zhang, M.; de Respinis, M.; Frei, H. Nat. Chem. 2014, 6, 362-367 10.1038/nchem.1874
32. Klingan, K.; Ringleb, F.; Zaharieva, I.; Heidkamp, J.; Chernev, P.; Gonzalez-Flores, D.; Risch, M.; Fischer, A.; Dau, H. ChemSusChem 2014, 7, 1301-1310 10.1002/cssc.201301019
33. Tae, E. L.; Song, J.; Lee, A. R.; Kim, C. H.; Yoon, S.; Hwang, I. C.; Kim, M. G.; Yoon, K. B. ACS Catal. 2015, 5, 5525-5529 10.1021/acscatal.5b00979
34. Higashi, M.; Domen, K.; Abe, R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10238-10241 10.1021/ja404030x
35. Barroso, M.; Cowan, A. J.; Pendlebury, S. R.; Gratzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14868-14871 10.1021/ja205325v
36. Barroso, M.; Mesa, C. A.; Pendlebury, S. R.; Cowan, A. J.; Hisatomi, T.; Sivula, K.; Grätzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109, 15640-15645 10.1073/pnas.1118326109
37. Reynal, A.; Lakadamyali, F.; Gross, M. A.; Reisner, E.; Durrant, J. R. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3291-3300 10.1039/c3ee40961a
38. Ulbricht, R.; Hendry, E.; Shan, J.; Heinz, T. F.; Bonn, M. Rev. Mod. Phys. 2011, 83, 543-586 10.1103/RevModPhys.83.543
39. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999, 59, 1758-1775 10.1103/PhysRevB.59.1758
40. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996, 54, 11169-11186 10.1103/PhysRevB.54.11169
41. Kresse, G.; Furthmüller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15-50 10.1016/0927-0256(96)00008-0
42. Perdew, J. P.; Ernzerhof, M.; Burke, K. J. Chem. Phys. 1996, 105, 9982-9985 10.1063/1.472933
43. Chen, J.; Wu, X.; Selloni, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011, 83, 245204 10.1103/PhysRevB.83.245204
44. Bajdich, M.; García-Mota, M.; Vojvodic, A.; Nørskov, J. K.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13521-13530 10.1021/ja405997s
45. García-Mota, M.; Bajdich, M.; Viswanathan, V.; Vojvodic, A.; Bell, A. T.; Nørskov, J. K. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 21077-21082 10.1021/jp306303y
46. Friebel, D.; Louie, M. W.; Bajdich, M.; Sanwald, K. E.; Cai, Y.; Wise, A. M.; Cheng, M.-J.; Sokaras, D.; Weng, T.-C.; Alonso-Mori, R.; Davis, R. C.; Bargar, J. R.; Nørskov, J. K.; Nilsson, A.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1305-1313 10.1021/ja511559d
47. Dudarev, S. L.; Savrasov, S. Y.; Humphreys, C. J.; Sutton, A. P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998, 57, 1505-1509 10.1103/PhysRevB.57.1505
48. Liu, C.-J.; Sheu, C.-S.; Wu, T.-W.; Huang, L.-C.; Hsu, F. H.; Yang, H. D.; Williams, G. V. M; Liu, C.-J. C. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 71 (71) 014502 10.1103/PhysRevB.71.014502
49. Paudel, T. R.; Lany, S.; D'Avezac, M.; Zunger, A.; Perry, N. H.; Nagaraja, A. R.; Mason, T. O.; Bettinger, J. S.; Shi, Y.; Toney, M. F. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011, 84, 064109 10.1103/PhysRevB.84.064109
50. Henkelman, G.; Arnaldsson, A.; Jónsson, H. Comput. Mater. Sci. 2006, 36, 354-360 10.1016/j.commatsci.2005.04.010
51. Nørskov, J. K.; Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Lindqvist, L.; Kitchin, J. R.; Bligaard, T.; Jónsson, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 17886-17892 10.1021/jp047349j
52. Neufeld, O.; Yatom, N.; Toroker, M. C. ACS Catal. 2015, 5, 7237-7243 10.1021/acscatal.5b01748
53. Schneider, J.; Bahnemann, D. W. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3479-3483 10.1021/jz4018199
54. Juvé, V.; Crut, A.; Maioli, P.; Pellarin, M.; Broyer, M.; Del Fatti, N.; Vallée, F. Nano Lett. 2010, 10, 1853-1858 10.1021/nl100604r
55. Arbouet, A.; Voisin, C.; Christofilos, D.; Langot, P.; Fatti, N. D.; Vallée, F.; Lermé, J.; Celep, G.; Cottancin, E.; Gaudry, M.; Pellarin, M.; Broyer, M.; Maillard, M.; Pileni, M. P.; Treguer, M. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 177401 10.1103/PhysRevLett.90.177401
56. Jensen, S. A.; Mics, Z.; Ivanov, I.; Varol, H. S.; Turchinovich, D.; Koppens, F. H. L.; Bonn, M.; Tielrooij, K. J. Nano Lett. 2014, 14, 5839-5845 10.1021/nl502740g
57. Morbec, J. M.; Narkeviciute, I.; Jaramillo, T. F.; Galli, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2014, 90, 155204 10.1103/PhysRevB.90.155204
58. Nurlaela, E.; Harb, M.; del Gobbo, S.; Vashishta, M.; Takanabe, K. J. Solid State Chem. 2015, 229, 219-227 10.1016/j.jssc.2015.06.029
59. Le Bahers, T.; Labat, F.; Pauporté, T.; Ciofini, I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 14710-14719 10.1039/c004358c
60. Le Bahers, T.; Labat, F.; Pauporté, T.; Lainé, P. P.; Ciofini, I. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8005-8013 10.1021/ja201944g
61. Le Bahers, T.; Pauporté, T.; Lainé, P. P.; Labat, F.; Adamo, C.; Ciofini, I. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 1044-1050 10.1021/jz400046p