Chemical Insights into Interfacial Effects in Inorganic Nanomaterials.
atomically dispersed catalysts
interfacial effects
metal nanoclusters
model catalysts
perovskite solar cells
ultrathin nanomaterials
Journal
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
ISSN: 1521-4095
Titre abrégé: Adv Mater
Pays: Germany
ID NLM: 9885358
Informations de publication
Date de publication:
Dec 2021
Dec 2021
Historique:
revised:
06
02
2021
received:
09
09
2020
pubmed:
9
4
2021
medline:
9
4
2021
entrez:
8
4
2021
Statut:
ppublish
Résumé
The interfaces between inorganic functional nanomaterials and their surface modifiers play important roles in determining their chemical and physical properties. In numerous situations, interfaces created by organic ligands or secondary inorganic components on inorganic nanomaterials induce significant effects to promote their performances. However, it still remains challenging to understand those interfacial effects at the molecular level. Herein, strategies via the design of model inorganic nanomaterials with well-defined and detectable interfaces to simplify the investigation of interfacial effects in inorganic nanomaterials are summarized. While atomically precise metal nanoclusters enable "seeing" how organic ligands are coordinated on metal surface to create nanoscale metal-organic interfaces, ultrathin low-dimensional nanomaterials modified with organic ligands make it possible to extract the metal-organic interface structure from the average signal to investigate how steric and electronic effects enhance catalysis. The molecular mechanisms of the interfacial effects in supported metal catalysts are disclosed by designing two unique structures of supported catalysts. The interfacial engineering approach will be further extended to optimize the performance and stability of perovskite solar cells. Finally, a perspective on the development of operando characterization techniques is provided to track the dynamic interfacial structures during catalysis.
Identifiants
pubmed: 33829578
doi: 10.1002/adma.202006159
doi:
Types de publication
Journal Article
Review
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2006159Subventions
Organisme : National Key R&D Program of China
ID : 2017YFA0207302
Organisme : NSF of China
ID : 21890752
Organisme : NSF of China
ID : 21731005
Organisme : NSF of China
ID : 21721001
Organisme : Fundamental Research Funds for the Central Universities
ID : 20720180026
Organisme : China National Postdoctoral Program
ID : BX20200198
Organisme : China Postdoctoral Science Foundation
ID : 2020M671935
Informations de copyright
© 2021 Wiley-VCH GmbH.
Références
P. X. Liu, R. X. Qin, G. Fu, N. F. Zheng, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 2122.
Y. Wang, J. C. Kim, R. J. Wu, J. Martinez, X. J. Song, J. Yang, F. Zhao, K. A. Mkhoyan, H. Y. Jeong, M. Chhowalla, Nature 2019, 568, 70.
H. P. Zhou, Q. Chen, G. Li, S. Luo, T. B. Song, H. S. Duan, Z. R. Hong, J. B. You, Y. S. Liu, Y. Yang, Science 2014, 345, 542.
L. Cheng, C. Wang, L. Z. Feng, K. Yang, Z. Liu, Chem. Rev. 2014, 114, 10869.
B. H. Wu, N. F. Zheng, Nano Today 2013, 8, 168.
Y. P. Zhu, C. X. Guo, Y. Zheng, S. Z. Qiao, Acc. Chem. Res. 2017, 50, 915.
A. Schmid, J. S. Dordick, B. Hauer, A. Kiener, M. Wubbolts, B. Witholt, Nature 2001, 409, 258.
D. H. Wang, K. M. Engle, B. F. Shi, J. Q. Yu, Science 2010, 327, 315.
M. Chen, B. H. Wu, J. Yang, N. F. Zheng, Adv. Mater. 2012, 24, 862.
Y. N. Xia, Y. J. Xiong, B. Lim, S. E. Skrabalak, Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 60.
Y. Chen, Z. X. Fan, Z. C. Zhang, W. X. Niu, C. L. Li, N. L. Yang, B. Chen, H. Zhang, Chem. Rev. 2018, 118, 6409.
T. V. Choudhary, D. W. Goodman, Top. Catal. 2002, 21, 25.
N. G. Park, M. Gratzel, T. Miyasaka, K. Zhu, K. Emery, Nat. Energy 2016, 1, 16152.
A. K. Jena, A. Kulkarni, T. Miyasaka, Chem. Rev. 2019, 119, 3036.
R. Wang, J. J. Xue, K. L. Wang, Z. K. Wang, Y. Q. Luo, D. Fenning, G. W. Xu, S. Nuryyeva, T. Y. Huang, Y. P. Zhao, J. L. Yang, J. H. Zhu, M. H. Wang, S. Tan, I. Yavuz, K. N. Houk, Y. Yang, Science 2019, 366, 1509.
Z. Q. Niu, Y. D. Li, Chem. Mater. 2014, 26, 72.
C. A. Schoenbaum, D. K. Schwartz, J. W. Medlin, Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1438.
H. G. Liao, D. Zherebetskyy, H. L. Xin, C. Czarnik, P. Ercius, H. Elmlund, M. Pan, L. W. Wang, H. M. Zheng, Science 2014, 345, 916.
J. Z. Yan, B. K. Teo, N. F. Zheng, Acc. Chem. Res. 2018, 51, 3084.
R. C. Jin, C. J. Zeng, M. Zhou, Y. X. Chen, Chem. Rev. 2016, 116, 10346.
Q. Yao, T. Chen, X. Yuan, J. Xie, Acc. Chem. Res. 2018, 51, 1338.
P. D. Jadzinsky, G. Calero, C. J. Ackerson, D. A. Bushnell, R. D. Kornberg, Science 2007, 318, 430.
H. Y. Yang, Y. Wang, H. Q. Huang, L. Gell, L. Lehtovaara, S. Malola, H. Hakkinen, N. F. Zheng, Nat. Commun. 2013, 4, 2422.
A. Desireddy, B. E. Conn, J. S. Guo, B. Yoon, R. N. Barnett, B. M. Monahan, K. Kirschbaum, W. P. Griffith, R. L. Whetten, U. Landman, T. P. Bigioni, Nature 2013, 501, 399.
H. Y. Yang, Y. Wang, X. Chen, X. J. Zhao, L. Gu, H. Q. Huang, J. Z. Yan, C. F. Xu, G. Li, J. C. Wu, A. J. Edwards, B. Dittrich, Z. C. Tang, D. D. Wang, L. Lehtovaara, H. Hakkinen, N. F. Zheng, Nat. Commun. 2016, 7, 12809.
L. T. Ren, P. Yuan, H. F. Su, S. Malola, S. C. Lin, Z. C. Tang, B. K. Teo, H. Hakkinen, L. S. Zheng, N. F. Zheng, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13288.
J. Z. Yan, J. Zhang, X. M. Chen, S. Malola, B. Zhou, E. Selenius, X. M. Zhang, P. Yuan, G. C. Deng, K. L. Liu, H. F. Su, B. K. Teo, H. Hakkinen, L. S. Zheng, N. F. Zheng, Natl. Sci. Rev. 2018, 5, 694.
Z. Lei, X. K. Wan, S. F. Yuan, Z. J. Guan, Q. M. Wang, Acc. Chem. Res. 2018, 51, 2465.
Y. Wang, X. K. Wan, L. T. Ren, H. F. Su, G. Li, S. Malola, S. C. Lin, Z. C. Tang, H. Hakkinen, B. K. Teo, Q. M. Wang, N. F. Zheng, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3278.
C. M. Crudden, J. H. Horton, I. I. Ebralidze, O. V. Zenkina, A. B. McLean, B. Drevniok, Z. She, H. B. Kraatz, N. J. Mosey, T. Seki, E. C. Keske, J. D. Leake, A. Rousina-Webb, G. Wu, Nat. Chem. 2014, 6, 409.
M. R. Narouz, K. M. Osten, P. J. Unsworth, R. W. Y. Man, K. Salorinne, S. Takano, R. Tomihara, S. Kaappa, S. Malola, C. T. Dinh, J. D. Padmos, K. Ayoo, P. J. Garrett, M. Nambo, J. H. Horton, E. H. Sargent, H. Hakkinen, T. Tsukuda, C. M. Crudden, Nat. Chem. 2019, 11, 419.
H. Shen, G. C. Deng, S. Kaappa, T. D. Tan, Y. Z. Han, S. Malola, S. C. Lin, B. K. Teo, H. Hakkinen, N. F. Zheng, Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 17731.
H. Shen, S. J. Xiang, Z. Xu, C. Liu, X. H. Li, C. F. Sun, S. C. Lin, B. K. Teo, N. F. Zheng, Nano Res. 2020, 13, 1908.
M. R. Narouz, S. Takano, P. A. Lummis, T. I. Levchenko, A. Nazemi, S. Kaappa, S. Malola, G. Yousefalizadeh, L. A. Calhoun, K. G. Stamplecoskie, H. Hakkinen, T. Tsukuda, C. M. Crudden, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 14997.
H. Shen, Z. Xu, M. S. A. Hazer, Q. Y. Wu, J. Peng, R. X. Qin, S. Malola, B. K. Teo, H. Hakkinen, N. F. Zheng, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 60, 3752.
F. Meemken, K. Hungerbuhler, A. Baiker, Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 8640.
S. T. Marshall, M. O'Brien, B. Oetter, A. Corpuz, R. M. Richards, D. K. Schwartz, J. W. Medlin, Nat. Mater. 2010, 9, 853.
B. H. Wu, H. Q. Huang, J. Yang, N. F. Zheng, G. Fu, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 3440.
S. Jones, J. Qu, K. Tedsree, X. Q. Gong, S. C. E. Tsang, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 11275.
P. Luksirikul, K. Tedsree, M. G. Moloney, M. L. H. Green, S. C. E. Tsang, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 6998.
Y. F. Sun, S. Gao, F. C. Lei, Y. Xie, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 623.
D. H. Deng, K. S. Novoselov, Q. Fu, N. F. Zheng, Z. Q. Tian, X. H. Bao, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 218.
G. X. Chen, C. F. Xu, X. Q. Huang, J. Y. Ye, L. Gu, G. Li, Z. C. Tang, B. H. Wu, H. Y. Yang, Z. P. Zhao, Z. Y. Zhou, G. Fu, N. F. Zheng, Nat. Mater. 2016, 15, 564.
X. J. Zhao, L. Y. Zhou, W. Y. Zhang, C. Y. Hu, L. Dai, L. T. Ren, B. H. Wu, G. Fu, N. F. Zheng, Chem 2018, 4, 1080.
F. Meemken, A. Baiker, Chem. Rev. 2017, 117, 11522.
I. Schrader, J. Warneke, J. Backenkohler, S. Kunz, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 905.
Q. Fu, W. X. Li, Y. X. Yao, H. Y. Liu, H. Y. Su, D. Ma, X. K. Gu, L. M. Chen, Z. Wang, H. Zhang, B. Wang, X. H. Bao, Science 2010, 328, 1141.
J. C. Matsubu, S. Y. Zhang, L. DeRita, N. S. Marinkovic, J. G. G. Chen, G. W. Graham, X. Q. Pan, P. Christopher, Nat. Chem. 2017, 9, 120.
Q. Fu, H. Saltsburg, M. Flytzani-Stephanopoulos, Science 2003, 301, 935.
J. A. Rodriguez, S. Ma, P. Liu, J. Hrbek, J. Evans, M. Perez, Science 2007, 318, 1757.
R. Subbaraman, D. Tripkovic, D. Strmcnik, K. C. Chang, M. Uchimura, A. P. Paulikas, V. Stamenkovic, N. M. Markovic, Science 2011, 334, 1256.
H. Yin, S. Zhao, K. Zhao, A. Muqsit, H. Tang, L. Chang, H. Zhao, Y. Gao, Z. Tang, Nat. Commun. 2015, 6, 6430.
M. Gong, W. Zhou, M. C. Tsai, J. G. Zhou, M. Y. Guan, M. C. Lin, B. Zhang, Y. F. Hu, D. Y. Wang, J. Yang, S. J. Pennycook, B. J. Hwang, H. J. Dai, Nat. Commun. 2014, 5, 4695.
T. W. van Deelen, C. H. Mejia, K. P. de Jong, Nat. Catal. 2019, 2, 955.
L. L. Lin, W. Zhou, R. Gao, S. Y. Yao, X. Zhang, W. Q. Xu, S. J. Zheng, Z. Jiang, Q. L. Yu, Y. W. Li, C. Shi, X. D. Wen, D. Ma, Nature 2017, 544, 80.
M. Macino, A. J. Barnes, R. Y. Qu, E. K. Gibson, D. J. Morgan, S. J. Freakley, N. Dimitratos, C. J. Kiely, X. Gao, A. M. Beale, D. Bethell, Q. He, M. Sankar, G. J. Hutchings, S. M. Althahban, Nat. Catal. 2019, 2, 873.
Q. Fu, F. Yang, X. H. Bao, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1692.
I. Ro, J. Resasco, P. Christopher, ACS Catal. 2018, 8, 7368.
G. X. Chen, Y. Zhao, G. Fu, P. N. Duchesne, L. Gu, Y. P. Zheng, X. F. Weng, M. S. Chen, P. Zhang, C. W. Pao, J. F. Lee, N. F. Zheng, Science 2014, 344, 495.
L. N. Cao, W. Liu, Q. Q. Luo, R. T. Yin, B. Wang, J. Weissenrieder, M. Soldemo, H. Yan, Y. Lin, Z. H. Sun, C. Ma, W. H. Zhang, S. Chen, H. W. Wang, Q. Q. Guan, T. Yao, S. Q. Wei, J. L. Yang, J. L. Lu, Nature 2019, 565, 631.
Y. Wang, R. X. Qin, Y. K. Wang, J. Ren, W. T. Zhou, L. Y. Li, J. Ming, W. Y. Zhang, G. Fu, N. F. Zheng, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 12736.
H. S. Wei, X. Y. Liu, A. Q. Wang, L. L. Zhang, B. T. Qiao, X. F. Yang, Y. Q. Huang, S. Miao, J. Y. Liu, T. Zhang, Nat. Commun. 2014, 5, 5634.
S. J. Tauster, Acc. Chem. Res. 1987, 20, 389.
S. H. Joo, J. Y. Park, C. K. Tsung, Y. Yamada, P. D. Yang, G. A. Somorjai, Nat. Mater. 2009, 8, 126.
C. F. Xu, G. X. Chen, Y. Zhao, P. X. Liu, X. P. Duan, L. Gu, G. Fu, Y. Z. Yuan, N. F. Zheng, Nat. Commun. 2018, 9, 3367.
R. X. Qin, P. X. Liu, G. Fu, N. F. Zheng, Small Methods 2018, 2, 1700286.
B. T. Qiao, A. Q. Wang, X. F. Yang, L. F. Allard, Z. Jiang, Y. T. Cui, J. Y. Liu, J. Li, T. Zhang, Nat. Chem. 2011, 3, 634.
P. X. Liu, Y. Zhao, R. X. Qin, S. G. Mo, G. X. Chen, L. Gu, D. M. Chevrier, P. Zhang, Q. Guo, D. D. Zang, B. H. Wu, G. Fu, N. F. Zheng, Science 2016, 352, 797.
P. X. Liu, Y. Zhao, R. X. Qin, L. Gu, P. Zhang, G. Fu, N. F. Zheng, Sci. Bull. 2018, 63, 675.
K. L. Liu, R. X. Qin, L. Y. Zhou, P. X. Liu, Q. H. Zhang, W. T. Jing, P. P. Ruan, L. Gu, G. Fu, N. F. Zheng, CCS Chem. 2019, 1, 207.
L. Z. Jiang, K. L. Liu, S. F. Hung, L. Y. Zhou, R. X. Qin, Q. H. Zhang, P. X. Liu, L. Gu, H. M. Chen, G. Fu, N. F. Zheng, Nat. Nanotechnol. 2020, 15, 848.
F. R. Lucci, J. L. Liu, M. D. Marcinkowski, M. Yang, L. F. Allard, M. Flytzani-Stephanopoulos, E. C. H. Sykes, Nat. Commun. 2015, 6, 8550.
G. Giannakakis, M. Flytzani-Stephanopoulos, E. C. H. Sykes, Acc. Chem. Res. 2019, 52, 237.
M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. N. Murakami, H. J. Snaith, Science 2012, 338, 643.
M. Z. Liu, M. B. Johnston, H. J. Snaith, Nature 2013, 501, 395.
A. Y. Mei, X. Li, L. F. Liu, Z. L. Ku, T. F. Liu, Y. G. Rong, M. Xu, M. Hu, J. Z. Chen, Y. Yang, M. Gratzel, H. W. Han, Science 2014, 345, 295.
H. R. Tan, A. Jain, O. Voznyy, X. Z. Lan, F. P. G. de Arquer, J. Z. Fan, R. Quintero-Bermudez, M. J. Yuan, B. Zhang, Y. C. Zhao, F. J. Fan, P. C. Li, L. N. Quan, Y. B. Zhao, Z. H. Lu, Z. Y. Yang, S. Hoogland, E. H. Sargent, Science 2017, 355, 722.
D. Yang, X. Zhou, R. X. Yang, Z. Yang, W. Yu, X. L. Wang, C. Li, S. Z. Liu, R. P. H. Chang, Energy Environ. Sci. 2016, 9, 3071.
D. Y. Liu, T. L. Kelly, Nat. Photonics 2014, 8, 133.
J. B. You, L. Meng, T. B. Song, T. F. Guo, Y. Yang, W. H. Chang, Z. R. Hong, H. J. Chen, H. P. Zhou, Q. Chen, Y. S. Liu, N. De Marco, Y. Yang, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 75.
P. Zhang, J. Wu, T. Zhang, Y. F. Wang, D. T. Liu, H. Chen, L. Ji, C. H. Liu, W. Ahmad, Z. D. Chen, S. B. Li, Adv. Mater. 2018, 30, 1703737.
J. L. Yang, B. D. Siempelkamp, E. Mosconi, F. De Angelis, T. L. Kelly, Chem. Mater. 2015, 27, 4229.
J. Cao, B. H. Wu, R. H. Chen, Y. Y. Q. Wu, Y. Hui, B. W. Mao, N. F. Zheng, Adv. Mater. 2018, 30, 1705596.
M. M. Tavakoli, R. Tavakoli, Z. Nourbakhsh, A. Waleed, U. S. Virk, Z. Y. Fan, Adv. Mater. Interfaces 2016, 3, 1500790.
H. X. Wang, S. L. Cao, B. Yang, H. Y. Li, M. Wang, X. F. Hu, K. Sun, Z. G. Zang, Sol. RRL 2020, 4, 1900363.
R. H. Chen, J. Cao, Y. Duan, Y. Hui, T. T. Chuong, D. H. Ou, F. M. Han, F. W. Cheng, X. F. Huang, B. H. Wu, N. F. Zheng, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 541.
J. Dong, Y. H. Zhao, J. J. Shi, H. Y. Wei, J. Y. Xiao, X. Xu, J. H. Luo, J. Xu, D. M. Li, Y. H. Luo, Q. B. Meng, Chem. Commun. 2014, 50, 13381.
F. Bouhjar, L. Derbali, B. Mari, Nano Res. 2020, 13, 2546.
F. M. Han, L. N. Wu, X. F. Huang, S. Q. Hao, Y. Hui, T. T. Chuong, J. Yin, J. Li, L. S. Zheng, B. H. Wu, N. F. Zheng, Sol. RRL 2020, 4, 1900533.
E. H. Jung, N. J. Jeon, E. Y. Park, C. S. Moon, T. J. Shin, T. Y. Yang, J. H. Noh, J. Seo, Nature 2019, 567, 511.
S. M. Yoon, H. Min, J. B. Kim, G. Kim, K. S. Lee, S. I. Seok, Joule 2021, 5, 183.
R. H. Chen, Y. Hui, B. H. Wu, Y. K. Wang, X. F. Huang, Z. Y. Xu, P. P. Ruan, W. Y. Zhang, F. W. Cheng, W. J. Zhang, J. Yin, J. Li, N. F. Zheng, J. Mater. Chem. A 2020, 8, 9597.
Q. Jiang, Z. Y. Ni, G. Y. Xu, Y. Lin, P. N. Rudd, R. M. Xue, Y. W. Li, Y. F. Li, Y. L. Gao, J. S. Huang, Adv. Mater. 2020, 32, 2001581.
C. Q. Ma, N. G. Park, Chem 2020, 6, 1254.
H. L. Jiang, Q. He, Y. K. Zhang, L. Song, Acc. Chem. Res. 2018, 51, 2968.
Y. P. Zhu, J. L. Wang, H. Chu, Y. C. Chu, H. M. Chen, ACS Energy Lett. 2020, 5, 1281.
K. Ding, A. Gulec, A. M. Johnson, N. M. Schweitzer, G. D. Stucky, L. D. Marks, P. C. Stair, Science 2015, 350, 189.
C. Y. Hu, Q. Y. Ma, S. F. Hung, Z. N. Chen, D. H. Ou, B. Ren, H. M. Chen, G. Fu, N. F. Zheng, Chem 2017, 3, 122.
Q. Y. Ma, C. Y. Hu, K. L. Liu, S. F. Hung, D. H. Ou, H. M. Chen, G. Fu, N. F. Zheng, Nano Energy 2017, 41, 148.
J. H. Zhong, X. Jin, L. Y. Meng, X. Wang, H. S. Su, Z. L. Yang, C. T. Williams, B. Ren, Nat. Nanotechnol. 2017, 12, 132.
F. Tao, P. A. Crozier, Chem. Rev. 2016, 116, 3487.
W. Yuan, B. Zhu, K. Fang, X. Y. Li, T. W. Hansen, Y. Ou, H. Yang, J. B. Wagner, Y. Gao, Y. Wang, Z. Zhang, Science 2021, 371, 517.