Bandgap- and Local Field-Dependent Photoactivity of Ag/Black Phosphorus Nanohybrids

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 12, 2016, Pages 8009-8020

  Lei, Wanying ^a,b,c   Zhang, Tingting ^a   Liu, Ping ^d   Rodriguez, José A ^d   Liu, Gang ^a   Liu, Minghua ^a  

^a NATIONAL CENTER FOR NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY   (China)

^b PEKING UNIVERSITY   (China)

^c UNIVERSITY OF CHINESE ACADEMY OF SCIENCES   (China)

^d BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

Ag nanoparticles; black phosphorus; density functional theory; localized surface plasmon resonance; photocatalysis

Indexed keywords

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRIC FIELDS; ENERGY CONVERSION; ENERGY GAP; FINITE DIFFERENCE TIME DOMAIN METHOD; GRAPHENE; METAL NANOPARTICLES; NANOSHEETS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; PARTICLE SIZE; PHOSPHORUS; PHOTOCATALYSIS; PLASMONICS; PLASMONS; SURFACE PLASMON RESONANCE; TRANSITION METALS;

FINITE-DIFFERENCE TIME-DOMAIN SIMULATION; HYBRID PHOTOCATALYSTS; LOCALIZED SURFACE PLASMON RESONANCE; PHOTOCATALYTIC PERFORMANCE; PHOTOCURRENT MEASUREMENT; PLASMONIC NANOSTRUCTURES; SPIN-POLARIZED DENSITY FUNCTIONAL THEORY; VISIBLE-LIGHT PHOTOCATALYSIS;

SILVER NANOPARTICLES;

EID: 85002566484     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b02520     Document Type: Article

References (75)

1. Atwater, H. A.; Polman, A. Nat. Mater. 2010, 9, 205-213 10.1038/nmat2629
2. Polman, A.; Knight, M.; Garnett, E. C.; Ehrler, B.; Sinke, W. C. Science 2016, 352, aad4424 10.1126/science.aad4424
3. Sun, Z. H.; Chang, H. X. ACS Nano 2014, 8, 4133-4156 10.1021/nn500508c
4. Knight, M. W.; Sobhani, H.; Nordlander, P.; Halas, N. J. Science 2011, 332, 702-704 10.1126/science.1203056
5. Tong, H.; Ouyang, S. X.; Bi, Y. P.; Umezawa, N.; Oshikiri, M.; Ye, J. H. Adv. Mater. 2012, 24, 229-251 10.1002/adma.201102752
6. Roy, S. C.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Grimes, C. A. ACS Nano 2010, 4, 1259-1278 10.1021/nn9015423
7. Qu, Y. Q.; Duan, X. F. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2568-2580 10.1039/C2CS35355E
8. Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37-38 10.1038/238037a0
9. Chen, C. C.; Ma, W. H.; Zhao, J. C. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4206-4219 10.1039/b921692h
10. Lei, W. Y.; Zhang, T. T.; Gu, L.; Liu, P.; Rodriguez, J. A.; Liu, G.; Liu, M. H. ACS Catal. 2015, 5, 4385-4393 10.1021/acscatal.5b00620
11. Zhang, T. T.; Lei, W. Y.; Liu, P.; Rodriguez, J. A.; Yu, J. G.; Qi, Y.; Liu, G.; Liu, M. H. Chem. Sci. 2015, 6, 4118-4123 10.1039/C5SC00766F
12. Zhou, X. M.; Lan, J. Y.; Liu, G.; Deng, K.; Yang, Y. L.; Nie, G. J.; Yu, J. G.; Zhi, L. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 178-182 10.1002/anie.201105028
13. Jiang, R. B.; Li, B. X.; Fang, C. H.; Wang, J. F. Adv. Mater. 2014, 26, 5274-5309 10.1002/adma.201400203
14. Chen, X.; Liu, L.; Yu, P. Y.; Mao, S. S. Science 2011, 331, 746-750 10.1126/science.1200448
15. Christoforidis, K. C.; Montni, T.; Bontempi, E.; Zafeiratos, S.; Jaen, J. J. D.; Fornasiero, P. Appl. Catal., B 2016, 187, 171-180 10.1016/j.apcatb.2016.01.013
16. Lang, X. J.; Ma, W. H.; Chen, C. C.; Ji, H. W.; Zhao, J. C. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 355-363 10.1021/ar4001108
17. Zhou, X. M.; Liu, G.; Yu, J. G.; Fan, W. H. J. Mater. Chem. 2012, 22, 21337-21354 10.1039/c2jm31902k
18. Christopher, P.; Xin, H. L.; Linic, S. Nat. Chem. 2011, 3, 467-472 10.1038/nchem.1032
19. Xiang, Q. J.; Cheng, B.; Yu, J. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 11350-11366 10.1002/anie.201411096
20. Hou, W. B.; Hung, W. H.; Pavaskar, P.; Goeppert, A.; Aykol, M.; Cronin, S. B. ACS Catal. 2011, 1, 929-936 10.1021/cs2001434
21. Kudo, A.; Miseki, Y. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253-278 10.1039/B800489G
22. Chen, X. B.; Li, C.; Grätzel, M.; Kostecki, R.; Mao, S. S. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7909-7937 10.1039/c2cs35230c
23. Smith, J. G.; Faucheaux, J. A.; Jain, P. K. Nano Today 2015, 10, 67-80 10.1016/j.nantod.2014.12.004
24. Chen, X. B.; Shen, S. H.; Guo, L. J.; Mao, S. S. Chem. Rev. 2010, 110, 6503-6570 10.1021/cr1001645
25. Cargnello, M.; Montini, T.; Smolin, S. Y.; Priebe, J. B.; Jaén, J. J. D.; Doan-Nguyen, V. V. T.; McKay, I. S.; Schwalbe, J. A.; Pohl, M. M.; Gordon, T. R.; Lu, Y. P.; Baxter, J. B.; Brückner, A.; Fornasiero, P.; Murray, C. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2016, 113, 3966-3971 10.1073/pnas.1524806113
26. Melchionna, M.; Fornasiero, P. Mater. Today 2014, 17, 349-357 10.1016/j.mattod.2014.05.005
27. Montini, T.; Melchionna, M.; Monai, M.; Fornasiero, P. Chem. Rev. 2016, 116, 5987-6041 10.1021/acs.chemrev.5b00603
28. Qiu, J.; Zeng, G. T.; Ge, M. Y.; Arab, S.; Mecklenburg, M.; Hou, B. Y.; Shen, C. F.; Benderskii, A. V.; Cronin, S. B. J. Catal. 2016, 337, 133-137 10.1016/j.jcat.2016.02.002
29. Zhang, H. ACS Nano 2015, 9, 9451-9469 10.1021/acsnano.5b05040
30. Zhang, N.; Yang, M. Q.; Liu, S. Q.; Sun, Y. G.; Xu, Y. J. Chem. Rev. 2015, 115, 10307-10377 10.1021/acs.chemrev.5b00267
31. Wang, H. T.; Yuan, H. T.; Sae Hong, S.; Li, Y. B.; Cui, Y. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2664-2680 10.1039/C4CS00287C
32. Bhimanapati, G. R.; Lin, Z.; Meunier, V.; Jung, Y.; Cha, J.; Das, S.; Xiao, D.; Son, Y.; Strano, M. S.; Cooper, V. R.; Liang, L. B.; Louie, S. G.; Ringe, E.; Zhou, W.; Kim, S. S.; Naik, R. R.; Sumpter, B. G.; Terrones, H.; Xia, F. N.; Wang, Y. L.; Zhu, J.; Akinwande, D.; Alem, N.; Schuller, J. A.; Schaak, R. E.; Terrones, M.; Robinson, J. A. ACS Nano 2015, 9, 11509-11539 10.1021/acsnano.5b05556
33. Cao, S. W.; Low, J. X.; Yu, J. G.; Jaroniec, M. Adv. Mater. 2015, 27, 2150-2176 10.1002/adma.201500033
34. Liu, H.; Du, Y. C.; Deng, Y. X.; Ye, P. D. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2732-2743 10.1039/C4CS00257A
35. Hersam, M. C. ACS Nano 2015, 9, 4661-4663 10.1021/acsnano.5b02806
36. Cui, S. M.; Pu, H. H.; Wells, S. A.; Wen, Z. H.; Mao, S.; Chang, J. B.; Hersam, M. C.; Chen, J. H. Nat. Commun. 2015, 6, 8632 10.1038/ncomms9632
37. Abbas, A. N.; Liu, B. L.; Chen, L.; Ma, Y. Q.; Cong, S.; Aroonyadet, N.; Koepf, M.; Nilges, T.; Zhou, C. W. ACS Nano 2015, 9, 5618-5624 10.1021/acsnano.5b01961
38. Hu, J.; Guo, Z. K.; McWilliams, P. E.; Darges, J. E.; Druffel, D. L.; Moran, A. M.; Warren, S. C. Nano Lett. 2016, 16, 74-79 10.1021/acs.nanolett.5b02895
39. Rahman, M. Z.; Kwong, C. W.; Davey, K.; Qiao, S. Z. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 709-728 10.1039/C5EE03732H
40. Jang, H. J.; Wood, J. D.; Ryder, C. R.; Hersam, M. C.; Cahill, D. G. Adv. Mater. 2015, 27, 8017-8022 10.1002/adma.201503466
41. Keyes, R. W. Phys. Rev. 1953, 92, 580-584 10.1103/PhysRev.92.580
42. Kang, J.; Wood, J. D.; Wells, S. A.; Lee, J. H.; Liu, X. L.; Chen, K. S.; Hersam, M. C. ACS Nano 2015, 9, 3596-3604 10.1021/acsnano.5b01143
43. Liu, H.; Neal, A. T.; Zhu, Z.; Luo, Z.; Xu, X. F.; Tománek, D.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8, 4033-4041 10.1021/nn501226z
44. Kang, J. J. D.; Ryder, C. R.; Wells, S. A.; Choi, Y.; Hwang, E.; Cho, J. H.; Marks, T. J.; Hersam, M. C. Nano Lett. 2016, 16, 2580-2585 10.1021/acs.nanolett.6b00144
45. Ryder, C. R.; Wood, J. D.; Wells, S. A.; Yang, Y.; Jariwala, D.; Marks, T. J.; Schatz, G. C.; Hersam, M. C. Nat. Chem. 2016, 8, 597-602 10.1038/nchem.2505
46. Dutta, S. K.; Mehetor, S. K.; Pradhan, N. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 936-944 10.1021/acs.jpclett.5b00113
47. Hou, W. B.; Cronin, S. B. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1612-1619 10.1002/adfm.201202148
48. Linic, S.; Christopher, P.; Ingram, D. B. Nat. Mater. 2011, 10, 911-921 10.1038/nmat3151
49. Guo, L. H.; Jackman, J. A.; Yang, H. H.; Chen, P.; Cho, N. J.; Kim, D. H. Nano Today 2015, 10, 213-239 10.1016/j.nantod.2015.02.007
50. Georgakilas, V.; Tiwari, J. N.; Kemp, K. C.; Perman, J. A.; Bourlinos, A. B.; Kim, K. S.; Zboril, R. Chem. Rev. 2016, 116, 5464-5519 10.1021/acs.chemrev.5b00620
51. Schneider, J.; Matsuoka, M.; Takeuchi, M.; Zhang, J. L.; Horiuchi, Y.; Anpo, M.; Bahnemann, D. W. Chem. Rev. 2014, 114, 9919-9986 10.1021/cr5001892
52. Boerigter, C.; Campana, R.; Morabito, M.; Linic, S. Nat. Commun. 2016, 7, 10545 10.1038/ncomms10545
53. Wang, H.; Yang, X. Z.; Shao, W.; Chen, S. C.; Xie, J. F.; Zhang, X. D.; Wang, J.; Xie, Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 11376-11382 10.1021/jacs.5b06025
54. Hu, Z. X.; Kong, X. H.; Qiao, J. S.; Normand, B.; Ji, W. Nanoscale 2016, 8, 2740-2750 10.1039/C5NR06293D
55. Lu, W. L.; Nan, H. Y.; Hong, J. H.; Chen, Y. M.; Zhu, C.; Liang, Z.; Ma, X. Y.; Ni, Z. H.; Jin, C. H.; Zhang, Z. Nano Res. 2014, 7, 853-859 10.1007/s12274-014-0446-7
56. Wang, Z. J.; Cao, D. W.; Wen, L. Y.; Xu, R.; Obergfell, M.; Mi, Y.; Zhan, Z. B.; Nasori, N.; Demsar, J.; Lei, Y. Nat. Commun. 2016, 7, 10348 10.1038/ncomms10348
57. Edmonds, M. T.; Tadich, A.; Carvalho, A.; Ziletti, A.; O'Donnell, K. M.; Koenig, S. P.; Coker, D. F.; Özyilmaz, B.; Neto, A. H.; Fuhrer, M. S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 14557-14562 10.1021/acsami.5b01297
58. Shi, J. L. Chem. Rev. 2013, 113, 2139-2181 10.1021/cr3002752
59. Fang, Y.; Chang, W. S.; Willingham, B.; Swanglap, P.; Dominguez-Medina, S.; Link, S. ACS Nano 2012, 6, 7177-7184 10.1021/nn3022469
60. Lehmann, J.; Merschdorf, M.; Pfeiffer, W.; Thon, A.; Voll, S.; Gerber, G. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 2921-2924 10.1103/PhysRevLett.85.2921
61. Mongin, D.; Shaviv, E.; Maioli, P.; Crut, A.; Banin, U.; Del Fatti, N.; Vallee, F. ACS Nano 2012, 6, 7034-7043 10.1021/nn302089h
62. Ha, J. W.; Ruberu, T. P. A.; Han, R.; Dong, B.; Vela, J.; Fang, N. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 1398-1408 10.1021/ja409011y
63. Wu, K. F.; Rodríguez-Córdoba, W. E.; Yang, Y.; Lian, T. Q. Nano Lett. 2013, 13, 5255-5263 10.1021/nl402730m
64. Ingram, D. B.; Linic, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5202-5205 10.1021/ja200086g
65. Linic, S.; Aslam, U.; Boerigter, C.; Morabito, M. Nat. Mater. 2015, 14, 567-576 10.1038/nmat4281
66. Pan, J.; Liu, G.; Lu, G. M.; Cheng, H. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 2133-2137 10.1002/anie.201006057
67. Payne, M. C.; Teter, M. P.; Allan, D. C.; Arias, T. A.; Joannopoulos, J. D. Rev. Mod. Phys. 1992, 64, 1045-1097 10.1103/RevModPhys.64.1045
68. Segall, M. D.; Lindan, P. J. D.; Probert, M. J.; Pickard, C. J.; Hasnip, P. J.; Clark, S. J.; Payne, M. C. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 2717-2744 10.1088/0953-8984/14/11/301
69. Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188-5192 10.1103/PhysRevB.13.5188
70. Grimme, S. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1787-1799 10.1002/jcc.20495
71. Appalakondaiah, S.; Vaitheeswaran, G.; Lebègue, S.; Christensen, N. E.; Svane, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 86, 035105 10.1103/PhysRevB.86.035105
72. Cartz, L.; Srinivasa, S. R.; Riedner, R. J.; Jorgensen, J. D.; Worlton, T. G. J. Chem. Phys. 1979, 71, 1718-1721 10.1063/1.438523
73. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868 10.1103/PhysRevLett.77.3865
74. Dai, J.; Zeng, X. C. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1289-1293 10.1021/jz500409m
75. Mao, N. N.; Tang, J. Y.; Xie, L. M.; Wu, J. X.; Han, B. W.; Lin, J. J.; Deng, S. B.; Ji, W.; Xu, H.; Liu, K. H.; Tong, L. M.; Zhang, J. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 300-305 10.1021/jacs.5b10685