Nanostructuring Materials for Solar-to-Hydrogen Conversion
Source abstract
Abstract
Nanostructuring provides unprecedented opportunities for altering and tuning materials properties, including the capability of modifying band gap, aligning band edges, accessing metastable phases, designing new structures, spatially and temporally reconciling charge separation and extraction processes, and engineering catalytic surfaces and structures with increased population of active sites, all of which are cross-cutting issues for energy conversion and storage. Of particular interest to research activities at the DOE-EFRC Center on Nanostructuring for Efficient Energy Conversion (CNEEC) based at Stanford University and featured in this article is advancing the fundamental building blocks for photoelectrochemical conversion of solar energy into hydrogen via the splitting of water. The paper discusses the basic concepts as well as challenges in photoelectrochemical conversion and presents selective highlights of recent progress made at CNEEC in the fundamental understanding of the role of nanostructuring on photoabsorption and catalysis toward solar-to-fuels conversion.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Advanced Photocatalysis Techniques · Copper-based nanomaterials and applications · Electrocatalysts for Energy Conversion
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Department of Materials Science & Engineering, ‡Department of Chemical Engineering, and §Department of Mechanical Engineering, Stanford University, Stanford, California 94305, United States
Funding
Basic Energy Sciences
References (100+)
Show source-provided references
1. Cneec: Center on Nanostructuring for Efficient Energy Conversion.http://cneec.stanford.edu(accessed Jan 22, 2014).
2. Turner J. A. · Science · 1999 · 285 · 68710.1126/science.285.5428.687 ↗
3. Lewis N. S. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 2006 · 103 · 1572910.1073/pnas.0603395103 ↗
4. Chu S. · Nature · 2012 · 488 · 29410.1038/nature11475 ↗
5. era: Independent Statistics & Analysis: U.S. Energy Information Administration: International Energy Outlook 2013.http://www.eia.gov/forecasts/ieo/more_highlights.cfm(accessed July 30, 2014).
6. Lewis N. S. · Phys. Today · 2007 · 60 · 37
7. Barlev D. · Sol. Energy Mater. Sol. Cells · 2011 · 95 · 270310.1016/j.solmat.2011.05.020 ↗
8. Xie W. T. · Renewable Sustainable Energy Rev. · 2011 · 15 · 258810.1016/j.rser.2011.03.031 ↗
9. Lewis N. S. · Science · 2007 · 315 · 79810.1126/science.1137014 ↗
10. Peter L. M. · Philos. Trans. R. Soc., A · 2011 · 369 · 184010.1098/rsta.2010.0348 ↗
11. Walter M. G. · Chem. Rev. · 2010 · 110 · 644610.1021/cr1002326 ↗
12. Graetzel M. · Nature · 2001 · 414 · 33810.1038/35104607 ↗
13. Roy S. C. · ACS Nano · 2010 · 4 · 125910.1021/nn9015423 ↗
14. Kumar B. · Annu. Rev. Phys. Chem. · 2012 · 63 · 54110.1146/annurev-physchem-032511-143759 ↗
15. Peterson A. A. · Energy Environ. Sci. · 2010 · 3 · 131110.1039/c0ee00071j ↗
16. Turner J. A. · Science · 2004 · 305 · 97210.1126/science.1103197 ↗
17. Pinaud B. A. · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 198310.1039/c3ee40831k ↗
18. Fujishima A. · Nature · 1972 · 238 · 3710.1038/238037a0 ↗
19. Heller A. · Acc. Chem. Res. · 1981 · 14 · 15410.1021/ar00065a004 ↗
20. Zhu X.-G. · Annu. Rev. Plant Biol. · 2010 · 61 · 23510.1146/annurev-arplant-042809-112206 ↗
21. Melis A. · Plant Science · 2009 · 177 · 27210.1016/j.plantsci.2009.06.005 ↗
22. Michel H. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 251610.1002/anie.201200218 ↗
23. Gür T. M. · Adv. Mater. · 1996 · 8 · 88310.1002/adma.19960081103 ↗
24. Bakke J. R. · Nanoscale · 2011 · 3 · 348210.1039/c1nr10349k ↗
25. Bolton J. R. · Nature · 1985 · 316 · 49510.1038/316495a0 ↗
26. Maeda K. · Nature · 2006 · 440 · 29510.1038/440295a ↗
27. Zou Z. · Nature · 2001 · 414 · 62510.1038/414625a ↗
28. Youngblood W. J. · Acc. Chem. Res. · 2009 · 42 · 196610.1021/ar9002398 ↗
29. Wang H. · J. Electrochem. Soc. · 2008 · 155 · F9110.1149/1.2888477 ↗
30. Kudo A. · MRS Bull. · 2011 · 36 · 3210.1557/mrs.2010.3 ↗
31. Reece S. Y. · Science · 2011 · 334 · 64510.1126/science.1209816 ↗
32. Abdi F. F. · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 2195-1
33. Khaselev O. · Science · 1998 · 280 · 42510.1126/science.280.5362.425 ↗
34. Jung H. J. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 71610.1021/nl304400c ↗
35. Smith A. M. · Acc. Chem. Res. · 2010 · 43 · 19010.1021/ar9001069 ↗
36. Brongersma M. L. · Nat. Mater. · 2014 · 13 · 45110.1038/nmat3921 ↗
37. Hagfeldt A. · Chem. Rev. · 1995 · 95 · 4910.1021/cr00033a003 ↗
38. Alivisatos A. P. · Science · 1996 · 271 · 93310.1126/science.271.5251.933 ↗
39. Buhro W. E. · Nat. Mater. · 2003 · 2 · 13810.1038/nmat844 ↗
40. Scher E. C. · Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A · 2003 · 361 · 799710.1098/rsta.2002.1126 ↗
41. Lee W. · Nanotechnology · 2010 · 21 · 485402-1
42. Sun J. W. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 799710.1021/ja800837v ↗
43. Mack J. F. · Rev. Sci. Instrum. · 2011 · 82 · 123704-1
44. Dasgupta N. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 93410.1021/nl103001h ↗
45. Langston, M.Quantum Dot p-i-n Structure Solar Cells by Atomic Layer Deposition. Ph.D Thesis, Stanford University, 2013.
46. Cao L. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 43910.1021/nl9036627 ↗
47. Schuller J. A. · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 19310.1038/nmat2630 ↗
48. Yablonovitch E. · IEEE Trans. Electron Devices · 1982 · 29 · 30010.1109/T-ED.1982.20700 ↗
49. Yu Z. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 2010 · 107 · 1749110.1073/pnas.1008296107 ↗
50. Jeong S. · J. Vac. Sci. Technol., A · 2012 · 30 · 060801-110.1116/1.4759260 ↗
51. Yao Y. · Nat. Commun. · 2012 · 3 · 664-1
52. Hsu C.-H. · Adv. Energy Mater. · 2012 · 2 · 62810.1002/aenm.201100514 ↗
53. Jeong S. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 297110.1021/nl300713x ↗
54. Kim D. R. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 648510.1021/nl3041492 ↗
55. Kim D. R. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 105010.1021/nl100011z ↗
56. Warren S. C. · Nat. Mater. · 2013 · 12 · 84210.1038/nmat3684 ↗
57. Jeong S. · ACS Nano · 2011 · 5 · 580010.1021/nn2015216 ↗
58. Thomann I. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 344010.1021/nl201908s ↗
59. Kelzenberger M. D. · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 23910.1038/nmat2635 ↗
60. Wangperawong A. · Appl. Phys. Lett. · 2011 · 98 · 233106-110.1063/1.3595411 ↗
61. Vasudev A. · Opt. Express · 2012 · 20 · A38510.1364/OE.20.00A385 ↗
62. Cao L. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 146310.1021/nl1040429 ↗
63. Dionne J. A. · MRS Bull. · 2012 · 37 · 71710.1557/mrs.2012.171 ↗
64. Hägglund C. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 335210.1021/nl401641v ↗
65. Thurston T. R. · J. Phys. Chem. B · 1999 · 103 · 1110.1021/jp982337h ↗
66. Lee C. · ACS Nano · 2010 · 4 · 269510.1021/nn1003937 ↗
67. Mak K. F. · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 105 · 136805-1
68. Splendiani A. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 127110.1021/nl903868w ↗
69. Hinnemann B. · J. Am. Chem. Soc. · 2005 · 127 · 530810.1021/ja0504690 ↗
70. Jaramillo T. F. · Science · 2007 · 317 · 10010.1126/science.1141483 ↗
71. Albu-Yaron A. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2011 · 50 · 181010.1002/anie.201006719 ↗
72. Chen Z. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 416810.1021/nl2020476 ↗
73. Kibsgaard J. · Nat. Mater. · 2012 · 11 · 96310.1038/nmat3439 ↗
74. Benck J. D. · ACS Catal. · 2012 · 2 · 191610.1021/cs300451q ↗
75. Cho S. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 497810.1021/nl2029392 ↗
76. Trasatti S. · Electrochim. Acta · 1984 · 29 · 150310.1016/0013-4686(84)85004-5 ↗
77. Trasatti S. · Electrochim. Acta · 1991 · 36 · 22510.1016/0013-4686(91)85244-2 ↗
78. Lyons M. E. G · J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 · 1987 · 83 · 29910.1039/f19878300299 ↗
79. Lee Y. · J. Phys. Chem. Lett. · 2012 · 3 · 39910.1021/jz2016507 ↗
80. Robinson D. M. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 349410.1021/ja310286h ↗
81. Indra A. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2013 · 52 · 1320610.1002/anie.201307543 ↗
82. Jiao F. · Energy Environ. Sci. · 2010 · 3 · 101810.1039/c002074e ↗
83. Pijpers J. J. H. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 2011 · 108 · 1005610.1073/pnas.1106545108 ↗
84. Risch M. · ChemSusChem · 2012 · 5 · 54210.1002/cssc.201100574 ↗
85. Zhang M. · Nature Chem. · 2014 · 6 · 36210.1038/nchem.1874 ↗
86. Smith P. F. · Inorg. Chem. · 2014 · 53 · 211310.1021/ic402720p ↗
87. Bediako D. K. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 680110.1021/ja301018q ↗
88. Bai S.-J. · Biotechnol. Lett. · 2011 · 33 · 167510.1007/s10529-011-0604-x ↗
89. Gorlin Y. · J. Am. Chem. Soc. · 2010 · 132 · 1361210.1021/ja104587v ↗
90. Gorlin Y. · ACS Catal. · 2012 · 2 · 268710.1021/cs3004352 ↗
91. Gorlin Y. · J. Electrochem. Soc. · 2012 · 159 · H78210.1149/2.017210jes ↗
92. Gorlin Y. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 852510.1021/ja3104632 ↗
93. Pickrahn K. L. · Adv. Energy Mater. · 2012 · 2 · 126910.1002/aenm.201200230 ↗
94. Gorlin Y. · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 492010.1021/ja407581w ↗
95. Bach U. · Nature · 1998 · 395 · 58310.1038/26936 ↗
96. Man I. C. · Chem. Catal. Chem. · 2011 · 3 · 1159
97. Nørskov J. K. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 2011 · 108 · 93710.1073/pnas.1006652108 ↗
98. García-Mota M. · Chem. Catal. Chem. · 2011 · 3 · 1607
99. García-Mota M. · J. Phys. Chem. C · 2013 · 117 · 46010.1021/jp310667r ↗
100. Cho I. S. · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 1723-1