Correlations among structure, electronic properties, and photochemical water oxidation: A case study on lithium cobalt oxides

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 6, 2015, Pages 3791-3800

  Liu, Hongfei ^a   Zhou, Ying ^b   Moré, René ^a   Müller, Rafael ^a   Fox, Thomas ^a   Patzke, Greta R ^a  

^a UNIVERSITY OF ZURICH   (Switzerland)

^b SOUTHWEST PETROLEUM UNIVERSITY   (China)

Author keywords

delithiation; electronic properties; hole mobility; lithium cobalt oxides; oxygen evolution; photocatalysts; water oxidation

Indexed keywords

CHEMICAL MODIFICATION; COBALT; ELECTRONIC PROPERTIES; HOLE MOBILITY; LITHIUM COMPOUNDS; OXIDATION; PHOTOCATALYSTS;

CHEMICAL DELITHIATION; DE-LITHIATION; LITHIUM COBALT OXIDES; OXYGEN EVOLUTION; STRUCTURAL FRAMEWORKS; STRUCTURAL MODIFICATIONS; WATER OXIDATION; WATER OXIDATION CATALYSTS;

STRUCTURAL PROPERTIES;

EID: 84982719308     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b00078     Document Type: Article

References (93)

1. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 43, 15729-15735 10.1073/pnas.0603395103
2. Berardi, S.; Drouet, S.; Francàs, L.; Gimbert-Surinach, C.; Guttentag, M.; Richmond, C.; Stoll, T.; Llobet, A. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7501-7519 10.1039/C3CS60405E
3. Swierk, J. R.; Mallouk, T. E. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2357-2387 10.1039/C2CS35246J
4. Alibabaei, L.; Brennaman, M. K.; Norris, M. R.; Kalanyan, B.; Song, W.; Losego, M. D.; Concepcion, J. J.; Binstead, R. A.; Parsons, G. N.; Meyer, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 20008-20013 10.1073/pnas.1319628110
5. Antonietti, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 1086-1087 10.1002/anie.201207937
6. Young, K. J.; Martini, L. A.; Milot, R. L.; Snoeberger, R. C., III; Batista, V. S.; Schmuttenmaer, C. A.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 2503-2520 10.1016/j.ccr.2012.03.031
7. Sartorel, A.; Bonchio, M.; Campgna, S.; Scandola, F. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2262-2280 10.1039/C2CS35287G
8. McAlpin, J. G.; Stich, T. A.; Casey, W. H.; Britt, R. D. Coord. Chem. Rev. 2012, 256, 2445-2452 10.1016/j.ccr.2012.04.039
9. Singh, A.; Spiccia, L. Coord. Chem. Rev. 2013, 257, 2607-2622 10.1016/j.ccr.2013.02.027
10. Zuccaccia, C.; Bellachioma, G.; Bortolini, O.; Bucci, A.; Savini, A.; Macchioni, A. Chem.-Eur. J. 2014, 20, 3446-3456 10.1002/chem.201304412
11. Goberna-Ferrón, S.; Hernández, W. Y.; Rodríguez-García, B.; Galán-Mascarós, J. R. ACS Catal. 2014, 4, 1637-1641 10.1021/cs500298e
12. Duan, L.; Bozoglian, F.; Mandal, S.; Stewart, B.; Privalov, T.; Llobet, A.; Sun, L. Nat. Chem. 2012, 4, 418-423 10.1038/nchem.1301
13. Crabtree, R. H. Chem. Rev. 2012, 112, 1536-1554 10.1021/cr2002905
14. Stracke, J. J.; Finke, R. G. ACS Catal. 2014, 4, 909-933 10.1021/cs4011716
15. Artero, V.; Fontecave, M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2338-2356 10.1039/C2CS35334B
16. Zhang, M.; Respinis, M. d.; Frei, H. Nat. Chem. 2014, 6, 362-367 10.1038/nchem.1874
17. Pokhrel, R.; Brudvig, G. W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 11812-11821 10.1039/c4cp00493k
18. Cox, N.; Pantazis, D. A.; Neese, F.; Lubitz, W. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1588-1596 10.1021/ar3003249
19. Dau, H.; Zaharieva, I.; Haumann, M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2012, 16, 3-10 10.1016/j.cbpa.2012.02.011
20. Tsui, E. Y.; Agapie, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 10084-10088 10.1073/pnas.1302677110
21. Mukherjee, S.; Stull, J. A.; Yano, J.; Stamatatos, T. C.; Pringouri, K.; Stich, T. A.; Abboud, K. A.; Britt, R. D.; Yachandra, V. K.; Christou, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109, 2257-2262 10.1073/pnas.1115290109
22. Shevchenko, D.; Anderlund, M. F.; Styring, S.; Dau, H.; Zaharieva, I.; Thapper, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 11965-11975 10.1039/c3cp55125c
23. McCool, N. S.; Robinson, D. M.; Sheats, J. E.; Dismukes, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11446-11449 10.1021/ja203877y
24. Zhang, B.; Li, F.; Yu, F.; Wang, X.; Zhou, X.; Li, H.; Jiang, Y.; Sun, L. ACS Catal. 2014, 4, 804-809 10.1021/cs401109u
25. Berardi, S.; Ganga, G. L.; Natali, M.; Bazzan, I.; Puntoriero, F.; Sartorel, A.; Scandola, F.; Campagna, S.; Bonchio, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11104-11107 10.1021/ja303951z
26. Smith, P. F.; Kaplan, C.; Sheats, J. E.; Robinson, D. M.; McCool, N. S.; Mezle, N.; Dismukes, G. C. Inorg. Chem. 2014, 53, 2113-2121 10.1021/ic402720p
27. Kuznetsov, A. E.; Geletii, Y. V.; Hill, C. L.; Musaev, D. G. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 11417-11424 10.1021/jp105422a
28. Xu, Z.; Li, F.; Li, H.; Zhang, B.; Yu, F.; Sun, L. ChemSusChem 2014, 7, 2453-2456 10.1002/cssc.201402195
29. Ganga, G. L.; Nardo, V. M.; Cordaro, M.; Natali, M.; Vitale, S.; Licciardello, A.; Nastasi, F.; Campagna, S. Dalton Trans. 2014, 43, 14926-14930 10.1039/C4DT01785D
30. Evangelisti, F.; Güttinger, R.; Moré, R.; Luber, S.; Patzke, G. R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18734-18737 10.1021/ja4098302
31. Gao, Y.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Inorg. Chem. 2012, 51, 4043-4050 10.1021/ic2021897
32. Robinson, D. M.; Go, Y. B.; Greenblatt, M.; Dismukes, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11467-11469 10.1021/ja1055615
33. Gardner, G. P.; Go, Y. B.; Robinson, D. M.; Smith, P. F.; Hadermann, J.; Abakumov, A.; Greenblatt, M.; Dismukes, G. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1616-1619 10.1002/anie.201107625
34. Iyer, A.; Del-Pilar, J.; King'ondu, C. K.; Kissel, E.; Garces, H. F.; Huang, H.; El-Sawy, A. M.; Dutta, P. K.; Suib, S. L. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 6474-6483 10.1021/jp2120737
35. Najafpour, M. M.; Ehrenberg, T.; Wiechen, M.; Kurz, P. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 2233-2237 10.1002/anie.200906745
36. Wiechen, M.; Zaharieva, I.; Dau, H.; Kurz, P. Chem. Sci. 2012, 3, 2330-2339 10.1039/c2sc20226c
37. Jin, K.; Park, J.; Lee, J.; Yang, K.; Pardhan, G. K.; Sim, U.; Jeong, D.; Jang, H. L.; Park, S.; Kim, D.; Sung, N.-E.; Kim, S. H.; Han, S.; Nan, K. T. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7435-7443 10.1021/ja5026529
38. Boppana, V. B. R.; Yusuf, S.; Hutchings, G. S.; Jiao, F. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 878-884 10.1002/adfm.201202141
39. Hong, D.; Yamada, Y.; Nomura, A.; Fukuzumi, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 19125-19128 10.1039/c3cp53518e
40. Hocking, R. K.; Brimblecombe, R.; Chang, L.-Y.; Singh, A.; Cheah, M. H.; Glover, C.; Casey, W. H.; Spiccia, L. Nat. Chem. 2011, 3, 461-466 10.1038/nchem.1049
41. Han, X.-B.; Zhang, Z.-M.; Zhang, T.; Li, Y.-G.; Lin, W.; You, W.; Su, Z.-M.; Wang, E.-B. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5359-5366 10.1021/ja412886e
42. Yin, Q. S.; Tan, J. M.; Besson, C.; Geletii, Y. V.; Musaev, D. G.; Kuznetsov, A. E.; Luo, Z.; Hardcastle, K. I.; Hill, C. L. Science 2010, 328, 342-345 10.1126/science.1185372
43. Lv, H.; Song, J.; Geletii, Y. V.; Vickers, J. W.; Sumliner, J. M.; Musaev, D. G.; Kögerler, P.; Zhuk, P. F.; Bacsa, J.; Zhu, G.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9268-9271 10.1021/ja5045488
44. Al-Oweini, R.; Sartorel, A.; Bassil, B. S.; Natali, M.; Berardi, S.; Scandola, F.; Kortz, U.; Bonchio, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 11182-11185 10.1002/anie.201404664
45. Swiegers, G. F.; Clegg, J. K.; Stranger, R. Chem. Sci. 2011, 2, 2254-2262 10.1039/c1sc00298h
46. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072-1075 10.1126/science.1162018
47. 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
48. Rish, M.; Klingan, K.; Rigleb, F.; Chernev, P.; Zaharieva, I.; Fischer, A.; Dau, H. ChemSusChem 2012, 5, 542-549 10.1002/cssc.201100574
49. Indra, A.; Menezes, P.; Zaharieva, I.; Baktash, E.; Pfrommer, J.; Schwarze, M.; Dau, H.; Driess, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 13206-13210 10.1002/anie.201307543
50. Kuai, L.; Geng, J.; Chen, C.; Kan, E.; Liu, Y.; Wang, Q.; Geng, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 7547-7551 10.1002/anie.201404208
51. Risch, M.; Khare, V.; Zaharieva, L.; Gerencser, L.; Dau, H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6936-6937 10.1021/ja902121f
52. Kanan, M. W.; Yano, J.; Surendranath, Y.; Dincə, M.; Yachandra, V. K.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13692-13701 10.1021/ja1023767
53. 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
54. Zidki, T.; Zhang, L.; Shafirovich, V.; Lymar, S. V. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14275-14278 10.1021/ja304030y
55. Kim, S. J.; Lee, Y.; Lee, D. K.; Lee, J. W.; Kang, J. K. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 4136-4139 10.1039/c3ta14933a
56. Subbraman, R.; Tripkovic, D.; Chang, K.-C.; Strmcnik, D.; Paulikas, A. P.; Hirunsit, P.; Chan, M.; Greeley, J.; Stamenkovic, V.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2012, 11, 550-557 10.1038/nmat3313
57. Ullman, A. M.; Liu, Y.; Huynh, M.; Bediako, D. K.; Wang, H.; Anderson, B. L.; Powers, D. C.; Breen, J. J.; Abruna, H. D.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 17681-17688 10.1021/ja5110393
58. Maiyalagan, T.; Jarvis, K. A.; Soosairaj, T.; Ferreira, P. J.; Manthiram, A. Nat. Commun. 2014, 5, 3949 10.1038/ncomms4949
59. Lu, Z.; Wang, H.; Kong, D.; Yan, Y.; Hsu, P.-C.; Zheng, G.; Yao, H.; Liang, Z.; Sun, X.; Cui, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 4345 10.1038/ncomms5345
60. Lee, S. W.; Carlton, C.; Risch, M.; Surendranath, Y.; Chen, S.; Furutsuki, A.; Yamada, A.; Nocera, D. G.; Shao-Horn, Y. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16959-16962 10.1021/ja307814j
61. Indra, A.; Menezes, P. W.; Sahraie, N. R.; Bergmann, A.; Das, C.; Tallarida, M.; Schmeiβer, D.; Strasser, P.; Driess, M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 17530-17536 10.1021/ja509348t
62. Porthault, H.; Baddour-Hadjeanc, R.; Cras, F. L.; Bourbon, C.; Franger, S. Vib. Spectrosc. 2012, 62, 152-158 10.1016/j.vibspec.2012.05.004
63. Huang, W.; Frech, R. Solid State Ionics 1996, 86-88, 395-400 10.1016/0167-2738(96)00158-0
64. Valkeapää, M.; Katsumata, Y.; Asako, I.; Motohashi, T.; Chan, T. S.; Liu, R. S.; Chen, J. M.; Yamauchi, H.; Karppinen, M. J. Solid State Chem. 2007, 180, 1608-1615 10.1016/j.jssc.2007.03.001
65. Nobili, F.; Dsoke, S.; Minicucci, M.; Croce, F.; Marassi, R. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 11310-11313 10.1021/jp0606356
66. Chebiam, R. V.; Prado, F.; Manthiram, A. Chem. Mater. 2001, 13, 2951-2957 10.1021/cm0102537
67. Jiao, F.; Frei, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1841-1844 10.1002/anie.200805534
68. Yang, C.-C.; Eggenhuisen, T. M.; Wolters, M.; Agiral, A.; Frei, H.; Jongh, P. E.; Jong, K. P.; Mul, G. ChemCatChem 2013, 5, 550-556 10.1002/cctc.201200696
69. Rosen, J.; Hutchings, G. S.; Jiao, F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4516-4521 10.1021/ja400555q
70. Grzelczak, M.; Zhang, J.; Pfrommer, J.; Hartmann, J.; Driess, M.; Antonietti, M.; Wang, X. ACS Catal. 2013, 3, 383-388 10.1021/cs3007523
71. Blakemore, J. D.; Gray, H. B.; Winkler, J. R.; Müller, A. M. ACS Catal. 2013, 3, 2497-2500 10.1021/cs400639b
72. Ahn, H. S.; Yano, J.; Tilley, T. D. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3080-3087 10.1039/c3ee42067a
73. Liu, H.; Patzke, G. R. Chem.-Asian J. 2014, 9, 2249-2259 10.1002/asia.201400140
74. Vickers, J. W.; Lv, H.; Sumliner, J. M.; Zhu, G.; Luo, Z.; Musaev, D. G.; Geletii, Y. V.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14110-14118 10.1021/ja4024868
75. Stracke, J. J.; Finke, R. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14872-14875 10.1021/ja205569j
76. May, K. J.; Carlton, C. E.; Stoerzinger, K. A.; Risch, M.; Suntivich, J.; Lee, Y.-L.; Grimaud, A.; Shao-Horn, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 3264-3270 10.1021/jz301414z
77. Grimaud, A.; May, K. J.; Carlton, C. E.; Lee, Y.-L.; Risch, M.; Hong, W. T.; Zhou, J.; Shao-Horn, Y. Nat. Commun. 2013, 4, 2439 10.1038/ncomms3439
78. Levasseur, S.; Ménétrier, M.; Shao-Horn, Y.; Gautier, L.; Audemer, A.; Demazeau, G.; Largeteau, A.; Delmas, C. Chem. Mater. 2003, 15, 348-354 10.1021/cm021279g
79. Appapillai, A. T.; Mansour, A. N.; Cho, J.; Shao-Horn, Y. Chem. Mater. 2007, 19, 5748-5757 10.1021/cm0715390
80. Yoon, W.-S.; Kim, K.-B.; Kim, M.-G.; Lee, M.-K.; Shin, H.-J.; Lee, J.-M.; Yo, C.-H. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2526-2532 10.1021/jp013735e
81. Aydinol, M. K.; Kohan, A. F.; Ceder, G.; Cho, K.; Joannopoulos, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1997, 56, 1354-1365 10.1103/PhysRevB.56.1354
82. Galakhov, V. R.; Neumann, M.; Kellerman, D. G. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2009, 94, 497-500 10.1007/s00339-008-4912-5
83. Takahashi, Y.; Kijima, N.; Tokiwa, K.; Watanabe, T.; Akimoto, J. J. Phys.: Condens. Matter 2007, 19, 436202 10.1088/0953-8984/19/43/436202
84. Takahashi, Y.; Gotoh, Y.; Akimoto, J.; Mizuta, S.; Tokiwa, K.; Watanabe, T. J. Solid State Chem. 2002, 164, 1-4 10.1006/jssc.2001.9459
85. Han, B.; Qian, D.; Risch, M.; Chen, H.; Chi, M.; Meng, Y. S.; Shao-Horn, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 1357-1362 10.1021/acs.jpclett.5b00332
86. Stoerzinger, K. A.; Choi, W. S.; Jeen, H.; Lee, H. N.; Shao-Horn, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 487-492 10.1021/jz502692a
87. Hatakeyama, M.; Nakata, H.; Wakabayashi, M.; Yokojima, S.; Nakamura, S. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 7089-7097 10.1021/jp300174n
88. Mattioli, G.; Giannozzi, P.; Bonapasta, A. A.; Guidoni, L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15353-15363 10.1021/ja401797v
89. Zhang, M.; de Respinis, M.; Frei, H. Nat. Chem. 2014, 6, 362 10.1038/nchem.1874
90. Li, X.; Siegbahn, P. E. M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13804-13813 10.1021/ja4053448
91. Xiang, X.; Fielden, J.; Rodriguez-Cordoba, W. E.; Huang, Z.; Zhang, N.; Luo, Z.; Musaev, D. G.; Lian, T.; Hill, C. L. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 918-926 10.1021/jp312092u
92. Soo, H. S.; Agiral, A.; Bachmeier, A.; Frei, H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17104-17116 10.1021/ja306162g
93. Agiral, A.; Soo, H. S.; Frei, H. Chem. Mater. 2013, 25, 2264-2273 10.1021/cm400759f