Aromatic-Exfoliated Transition Metal Dichalcogenides: Implications for Inherent Electrochemistry and Hydrogen Evolution

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 7, 2016, Pages 4594-4607

  Tan, Shu Min ^a   Sofer, Zdeněk ^b   Luxa, Jan ^b   Pumera, Martin ^a  

^a NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY   (Singapore)

^b INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGY   (Czech Republic)

Author keywords

aromatics; electrocatalysis; hydrogen evolution; inherent electrochemistry; ion intercalation; transition metal dichalcogenides

Indexed keywords

AROMATIC COMPOUNDS; AROMATIZATION; ELECTROCATALYSIS; ELECTROCATALYSTS; ENERGY RESOURCES; LAYERED SEMICONDUCTORS; MOLYBDENUM COMPOUNDS; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; SELENIUM COMPOUNDS; SODIUM; SUSTAINABLE DEVELOPMENT; TRANSITION METALS; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

AROMATICS; ELECTROCHEMICAL APPLICATIONS; ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE; HYDROGEN EVOLUTION; HYDROGEN EVOLUTION REACTIONS; ION INTERCALATION; TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES; VOLTAMMETRIC INVESTIGATION;

TUNGSTEN COMPOUNDS;

EID: 84977111871     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b00761     Document Type: Article

References (80)

1. The Hydrogen Economy: A Non-technical Review; Division of Technology, Industry and Economics, Energy Branch, United Nations Environment Programme, 2006.
2. Kemppainen, E.; Bodin, A.; Sebok, B.; Pedersen, T.; Seger, B.; Mei, B.; Bae, D.; Vesborg, P. C. K.; Halme, J.; Hansen, O.; Lund, P. D.; Chorkendorff, I. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2991-2999 10.1039/C5EE02188J
3. Hinnemann, B.; Moses, P. G.; Bonde, J.; Jørgensen, K. P.; Nielsen, J. H.; Horch, S.; Chorkendorff, I.; Nørskov, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5308-5309 10.1021/ja0504690
4. Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306, 666-669 10.1126/science.1102896
5. Splendiani, A.; Sun, L.; Zhang, Y.; Li, T.; Kim, J.; Chim, C.-Y.; Galli, G.; Wang, F. Nano Lett. 2010, 10, 1271-1275 10.1021/nl903868w
6. Xiao, D.; Liu, G.-B.; Feng, W.; Xu, X.; Yao, W. Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 196802 10.1103/PhysRevLett.108.196802
7. Neville, R. A.; Evans, B. L. Phys. Status Solidi B 1976, 73, 597-606 10.1002/pssb.2220730227
8. Chhowalla, M.; Shin, H. S.; Eda, G.; Li, L.-J.; Loh, K. P.; Zhang, H. Nat. Chem. 2013, 5, 263-275 10.1038/nchem.1589
9. Eda, G.; Yamaguchi, H.; Voiry, D.; Fujita, T.; Chen, M.; Chhowalla, M. Nano Lett. 2011, 11, 5111-5116 10.1021/nl201874w
10. Fang, H.; Chuang, S.; Chang, T. C.; Takei, K.; Takahashi, T.; Javey, A. Nano Lett. 2012, 12, 3788-3792 10.1021/nl301702r
11. Podzorov, V.; Gershenson, M. E.; Kloc, C.; Zeis, R.; Bucher, E. Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 3301-3303 10.1063/1.1723695
12. Mayorga-Martinez, C. C.; Ambrosi, A.; Eng, A. Y. S.; Sofer, Z.; Pumera, M. Electrochem. Commun. 2015, 56, 24-28 10.1016/j.elecom.2015.03.017
13. Bernardi, M.; Palummo, M.; Grossman, J. C. Nano Lett. 2013, 13, 3664-3670 10.1021/nl401544y
14. Chen, D.; Ji, G.; Ding, B.; Ma, Y.; Qu, B.; Chen, W.; Lee, J. Y. Nanoscale 2013, 5, 7890-7896 10.1039/c3nr02920d
15. Zhu, C.; Zeng, Z.; Li, H.; Li, F.; Fan, C.; Zhang, H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5998-6001 10.1021/ja4019572
16. Zeng, S.; Hu, S.; Xia, J.; Anderson, T.; Dinh, X.-Q.; Meng, X.-M.; Coquet, P.; Yong, K.-T. Sens. Actuators, B 2015, 207, 801-810 10.1016/j.snb.2014.10.124
17. Chia, X.; Eng, A. Y. S.; Ambrosi, A.; Tan, S. M.; Pumera, M. Chem. Rev. 2015, 115, 11941-11966 10.1021/acs.chemrev.5b00287
18. Voiry, D.; Salehi, M.; Silva, R.; Fujita, T.; Chen, M.; Asefa, T.; Shenoy, V. B.; Eda, G.; Chhowalla, M. Nano Lett. 2013, 13, 6222-6227 10.1021/nl403661s
19. Lukowski, M. A.; Daniel, A. S.; English, C. R.; Meng, F.; Forticaux, A.; Hamers, R. J.; Jin, S. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2608-2613 10.1039/C4EE01329H
20. Wang, H.; Kong, D.; Johanes, P.; Cha, J. J.; Zheng, G.; Yan, K.; Liu, N.; Cui, Y. Nano Lett. 2013, 13, 3426-3433 10.1021/nl401944f
21. Wang, H.; Lu, Z.; Xu, S.; Kong, D.; Cha, J. J.; Zheng, G.; Hsu, P.-C.; Yan, K.; Bradshaw, D.; Prinz, F. B.; Cui, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 19701-19706 10.1073/pnas.1316792110
22. Voiry, D.; Yamaguchi, H.; Li, J.; Silva, R.; Alves, D. C. B.; Fujita, T.; Chen, M.; Asefa, T.; Shenoy, V. B.; Eda, G.; Chhowalla, M. Nat. Mater. 2013, 12, 850-855 10.1038/nmat3700
23. Tsai, C.; Chan, K.; Abild-Pedersen, F.; Nørskov, J. K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 13156-13164 10.1039/c4cp01237b
24. Mahler, B.; Hoepfner, V.; Liao, K.; Ozin, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14121-14127 10.1021/ja506261t
25. Jung, W.; Lee, S.; Yoo, D.; Jeong, S.; Miró, P.; Kuc, A.; Heine, T.; Cheon, J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7266-7269 10.1021/jacs.5b02772
26. Coleman, J. N.; Lotya, M.; O'Neill, A.; Bergin, S. D.; King, P. J.; Khan, U.; Young, K.; Gaucher, A.; De, S.; Smith, R. J.; Shvets, I. V.; Arora, S. K.; Stanton, G.; Kim, H. Y.; Lee, K.; Kim, G. T.; Duesberg, G. S.; Hallam, T.; Boland, J. J.; Wang, J. J.; Donegan, J. F.; Grunlan, J. C.; Moriarty, G.; Shmeliov, A.; Nicholls, R. J.; Perkins, J. M.; Grieveson, E. M.; Theuwissen, K.; McComb, D. W.; Nellist, P. D.; Nicolosi, V. Science 2011, 331, 568-571 10.1126/science.1194975
27. Chia, X.; Ambrosi, A.; Sofer, Z.; Luxa, J.; Pumera, M. ACS Nano 2015, 9, 5164-5179 10.1021/acsnano.5b00501
28. Zhou, K.-G.; Mao, N.-N.; Wang, H.-X.; Peng, Y.; Zhang, H.-L. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 10839-10842 10.1002/anie.201105364
29. Li, H.; Wu, J.; Yin, Z.; Zhang, H. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1067-1075 10.1021/ar4002312
30. Novoselov, K. S.; Jiang, D.; Schedin, F.; Booth, T. J.; Khotkevich, V. V.; Morozov, S. V.; Geim, A. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 10451-10453 10.1073/pnas.0502848102
31. Varrla, E.; Backes, C.; Paton, K. R.; Harvey, A.; Gholamvand, Z.; McCauley, J.; Coleman, J. N. Chem. Mater. 2015, 27, 1129-1139 10.1021/cm5044864
32. Paton, K. R.; Varrla, E.; Backes, C.; Smith, R. J.; Khan, U.; O'Neill, A.; Boland, C.; Lotya, M.; Istrate, O. M.; King, P.; Higgins, T.; Barwich, S.; May, P.; Puczkarski, P.; Ahmed, I.; Moebius, M.; Pettersson, H.; Long, E.; Coelho, J.; O'Brien, S. E.; McGuire, E. K.; Sanchez, B. M.; Duesberg, G. S.; McEvoy, N.; Pennycook, T. J.; Downing, C.; Crossley, A.; Nicolosi, V.; Coleman, J. N. Nat. Mater. 2014, 13, 624-630 10.1038/nmat3944
33. Mao, S.; Wen, Z.; Ci, S.; Guo, X.; Ostrikov, K.; Chen, J. Small 2015, 11, 414-419 10.1002/smll.201401598
34. Yang, Y.; Fei, H.; Ruan, G.; Xiang, C.; Tour, J. M. Adv. Mater. 2014, 26, 8163-8168 10.1002/adma.201402847
35. Tan, S. M.; Pumera, M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 3948-3957 10.1021/acsami.5b11109
36. Merki, D.; Fierro, S.; Vrubel, H.; Hu, X. Chem. Sci. 2011, 2, 1262-1267 10.1039/C1SC00117E
37. Chia, X.; Ambrosi, A.; Sofer, Z.; Luxa, J.; Pumera, M. ACS Nano 2015, 9, 5164-5179 10.1021/acsnano.5b00501
38. Song, I.; Park, C.; Choi, H. C. RSC Adv. 2015, 5, 7495-7514 10.1039/C4RA11852A
39. Enyashin, A. N.; Yadgarov, L.; Houben, L.; Popov, I.; Weidenbach, M.; Tenne, R.; Bar-Sadan, M.; Seifert, G. New Route for Stabilization of 1T-WS2 and MoS2 Phases J. Phys. Chem. C 2011, 115, 24586-24591 10.1021/jp2076325
40. Tan, S. M.; Ambrosi, A.; Sofer, Z.; Huber, Š.; Sedmidubský, D.; Pumera, M. Chem.-Eur. J. 2015, 21, 7170-7178 10.1002/chem.201500435
41. Murphy, D. W.; Di Salvo, F. J.; Hull, G. W., Jr.; Waszczak, J. V. Inorg. Chem. 1976, 15, 17-21 10.1021/ic50155a005
42. Heising, J.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 11720-11732 10.1021/ja991644d
43. Lukowski, M. A.; Daniel, A. S.; Meng, F.; Forticaux, A.; Li, L.; Jin, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10274-10277 10.1021/ja404523s
44. Eng, A. Y. S.; Ambrosi, A.; Sofer, Z.; Šimek, P.; Pumera, M. ACS Nano 2014, 8, 12185-12198 10.1021/nn503832j
45. Ambrosi, A.; Sofer, Z.; Pumera, M. Small 2015, 11, 605-612 10.1002/smll.201400401
46. Tonndorf, P.; Schmidt, R.; Böttger, P.; Zhang, X.; Börner, J.; Liebig, A.; Albrecht, M.; Kloc, C.; Gordan, O.; Zahn, D. R. T.; de Vasconcellos, S. M.; Bratschitsch, R. Opt. Express 2013, 21, 4908-4916 10.1364/OE.21.004908
47. Yang, Y.; Fei, H.; Ruan, G.; Xiang, C.; Tour, J. M. Adv. Mater. 2014, 26, 8163-8168 10.1002/adma.201402847
48. Frey, G. L.; Tenne, R.; Matthews, M. J.; Dresselhaus, M. S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999, 60, 2883-2892 10.1103/PhysRevB.60.2883
49. Ramakrishna Matte, H. S. S.; Gomathi, A.; Manna, A. K.; Late, D. J.; Datta, R.; Pati, S. K.; Rao, C. N. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 4059-4062 10.1002/anie.201000009
50. Angew. Chem. 2010, 122, 4153-4156.10.1002/ange.201000009
51. Li, H.; Zhang, Q.; Yap, C. C. R.; Tay, B. K.; TEo, H. T. E.; Olivier, A.; Baillargeat, D. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 1385-1390 10.1002/adfm.201102111
52. Zhao, W.; Ghorannevis, Z.; Amara, K. K.; Pang, J. R.; Toh, M.; Zhang, X.; Kloc, C.; Eda, G. Nanoscale 2013, 5, 9677-9683 10.1039/c3nr03052k
53. Xia, J.; Huang, X.; Liu, L.-Z.; Wang, M.; Wang, L.; Huang, B.; Zhu, D.-D.; Li, J.-J.; Gu, C.-Z.; Meng, X.-M. Nanoscale 2014, 6, 8949-8955 10.1039/C4NR02311K
54. Ganatra, R.; Zhang, Q. ACS Nano 2014, 8, 4074-4099 10.1021/nn405938z
55. Cheng, L.; Huang, W.; Gong, Q.; Liu, C.; Liu, Z.; Li, Y.; Dai, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 7860-7863 10.1002/anie.201402315
56. Kong, D.; Wang, H.; Cha, J. J.; Pasta, M.; Koski, K. J.; Yao, J.; Cui, Y. Nano Lett. 2013, 13, 1341-1347 10.1021/nl400258t
57. Schniepp, H. C.; Li, J.-L.; McAllister, M. J.; Sai, H.; Herrera-Alonso, M.; Adamson, D. H.; Prud'homme, R. K.; Car, R.; Saville, D. A.; Aksay, I. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8535-8539 10.1021/jp060936f
58. Santamarina, J. C.; Klein, K. A.; Wang, Y. H.; Prencke, E. Can. Geotech. J. 2002, 39, 233-241 10.1139/t01-077
59. Liu, K.; Zhang, L.; Cao, T.; Jin, C.; Qiu, D.; Zhou, Q.; Zettl, A.; Yang, P.; Louie, S. G.; Wang, F. Nat. Commun. 2014, 5, 4966 10.1038/ncomms5966
60. He, J.; Hummer, K.; Franchini, C. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2014, 89, 075409 10.1103/PhysRevB.89.075409
61. Eda, G.; Yamaguchi, H.; Voiry, D.; Fujita, T.; Chen, M.; Chhowalla, M. Nano Lett. 2011, 11, 5111-5116 10.1021/nl201874w
62. Xu, K.; Wang, F.; Wang, Z.; Zhan, X.; Wang, Q.; Cheng, Z.; Safdar, M.; He, J. ACS Nano 2014, 8, 8468-8476 10.1021/nn503027k
63. Heinis, T.; Chowdhury, S.; Kebarle, P. Org. Mass Spectrom. 1993, 28, 358-365 10.1002/oms.1210280416
64. Burrow, P. D.; Michejda, J. A.; Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 1987, 86, 9-24 10.1063/1.452598
65. Eng, A. Y. S.; Ambrosi, A.; Chua, C. K.; Šanek, F.; Sofer, Z.; Pumera, M. Chem.-Eur. J. 2013, 19, 12673-12683 10.1002/chem.201301889
66. Lim, C. S.; Chua, C. K.; Sofer, Z.; Klímová, K.; Boothroyd, C. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 11920-11929 10.1039/C5TA02063H
67. Wu, S.; Zeng, Z.; He, Q.; Wang, Z.; Wang, S. J.; Du, Y.; Yin, Z.; Sun, X.; Chen, W.; Zhang, H. Small 2012, 8, 2264-2270 10.1002/smll.201200044
68. Jaegermann, W.; Schmeisser, D. Surf. Sci. 1986, 165, 143-160 10.1016/0039-6028(86)90666-7
69. Miremadi, B. K.; Morrison, S. R. J. Appl. Phys. 1988, 63, 4970-4974 10.1063/1.340441
70. Ambrosi, A.; Sofer, Z.; Pumera, M. Chem. Commun. 2015, 51, 8450-8453 10.1039/C5CC00803D
71. Jaramillo, T. F.; Jørgensen, K. P.; Bonde, J.; Nielsen, J. H.; Horch, S.; Chorkendorff, I. Science 2007, 317, 100-102 10.1126/science.1141483
72. Li, Y.; Wang, H.; Xie, L.; Liang, Y.; Hong, G.; Dai, H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7296-7299 10.1021/ja201269b
73. Tan, S. M.; Ambrosi, A.; Chua, C. K.; Pumera, M. Electron Transfer Properties of Chemically Reduced Graphene Materials with Different Oxygen Contents J. Mater. Chem. A 2014, 2, 10668-10675 10.1039/c4ta01034e
74. Tan, S. M.; Chua, C. K.; Sedmidubský, D.; Sofer, Z.; Pumera, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 1699-1711 10.1039/C5CP06682D
75. Nicholson, R. S. Anal. Chem. 1965, 37, 1351-1355 10.1021/ac60230a016
76. Chou, S. S.; De, M.; Kim, J.; Byun, S.; Dykstra, C.; Yu, J.; Huang, J.; Dravid, V. P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4584-4587 10.1021/ja310929s
77. Zhao, X.; Ma, X.; Sun, J.; Li, D.; Yang, X. ACS Nano 2016, 10, 2159-2166 10.1021/acsnano.5b06653
78. Kipling, J. J.; Wilson, R. B. J. Appl. Chem. 1960, 10, 109-113 10.1002/jctb.5010100303
79. Konopka, S. J.; McDuffie, B. Anal. Chem. 1970, 42, 1741-1746 10.1021/ac50160a042
80. Marken, F.; Eklund, J. C.; Compton, R. G. J. Electroanal. Chem. 1995, 395, 335-339 10.1016/0022-0728(95)04268-S