Advanced MaterialsVolume 18, Issue 24 p. 3309-3312 Communication Fine Tuning of the Face Orientation of ZnO Crystals to Optimize Their Photocatalytic Activity† E. S. Jang, E. S. Jang Emerging Technology Research Department, Advanced Technology Laboratory, Korea Telecom (KT), Seoul 137-792, KoreaSearch for more papers by this authorJ.-H. Won, J.-H. Won Program in Nano-science and Technology, Seoul National University, Seoul 151-742, KoreaSearch for more papers by this authorS.-J. Hwang, S.-J. Hwang Center for Intelligent Nano-Bio Materials (CINBM), Division of Nano Sciences and Department of Chemistry, Ewha Womans University, Seoul 120-750, KoreaSearch for more papers by this authorJ.-H. Choy, J.-H. Choy [email protected] Center for Intelligent Nano-Bio Materials (CINBM), Division of Nano Sciences and Department of Chemistry, Ewha Womans University, Seoul 120-750, KoreaSearch for more papers by this author E. S. Jang, E. S. Jang Emerging Technology Research Department, Advanced Technology Laboratory, Korea Telecom (KT), Seoul 137-792, KoreaSearch for more papers by this authorJ.-H. Won, J.-H. Won Program in Nano-science and Technology, Seoul National University, Seoul 151-742, KoreaSearch for more papers by this authorS.-J. Hwang, S.-J. Hwang Center for Intelligent Nano-Bio Materials (CINBM), Division of Nano Sciences and Department of Chemistry, Ewha Womans University, Seoul 120-750, KoreaSearch for more papers by this authorJ.-H. Choy, J.-H. Choy [email protected] Center for Intelligent Nano-Bio Materials (CINBM), Division of Nano Sciences and Department of Chemistry, Ewha Womans University, Seoul 120-750, KoreaSearch for more papers by this author First published: 11 December 2006 https://doi.org/10.1002/adma.200601455Citations: 523 † This work was supported by the SRC/ERC program of MOST/KOSEF (grant: R11-2005-008-01001-0). Supporting Information is available online from Wiley InterScience or from the author. AboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Graphical Abstract Morphology-controlled nano- and microcrystals of ZnO (see figure) with different ratios of polar to nonpolar faces were synthesized through a soft-solution process. With these crystals, it is clearly demonstrated that a ZnO nanoplate with a large population of polar Zn(0001) faces is the most photocatalytically active morphology, underscoring the importance of the fine-tuning of face orientation in optimizing the activity of photocatalysts. REFERENCES 1 R. Rife, T. W. Thomas, D. W. Norberg, R. L. Fournier, F. G. Rinker, M. S. Bonomo, Environ. Prog. 1989, 8, 167. 2 M. R. Hoffmann, S. T. Martin, W. Choi, D. W. Bahnemann, Chem. Rev. 1995, 95, 69. 3a A. J. Hoffmann, E. R. Carraway, M. R. Hoffmann, Environ. Sci. Technol. 1994, 28, 776. 3b E. R. Carraway, A. J. Hoffmann, M. R. Hoffmann, Environ. Sci. Technol. 1994, 28, 786. 4 K. Sato, M. Aoki, R. Noyori, Science 1998, 281, 1646. 5 W.-J. Li, E.-W. Shi, W.-Z. Zhong, Z.-W. Yin, J. Cryst. Growth 1999, 203, 186. 6a J.-H. Choy, E. -S. Jang, J.-H. Won, J.-H. Chung, D.-J. Jang, Y.-W. Kim, Adv. Mater. 2003, 15, 1911. 6b J.-H. Choy, E.-S. Jang, J.-H. Won, J.-H. Chung, D.-J. Jang, Y.-W. Kim, Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 287. 7 Z. R. Tian, J. A. Voigt, B. McKenzie, M. J. McDermott, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12954. 8 Z. R. Tian, J. A. Voigt, J. Liu, B. McKenzie, M. J. McDermott, M. A. Rodriguez, H. Konishi, H. Xu, Nat. Mater. 2003, 2, 821. 9 Please see Supporting Information. 10 After the normalization of activity data against the total surface area, the microcrystalline rods and DB rods of ZnO seem to produce a larger amount of H2O2 than the nanostructured ZnO compounds. However, due to the very small surface area of the microcrystalline ZnO, a quantity more than 16 times larger is required in order to have the equivalent total surface area to that of nanocrystalline ZnO. In light of this, the observed higher activity of the microcrystalline zinc oxides in the surface-area-normalized plot (not shown in the text) should be interpreted as a result of their larger quantity rather than of their intrinsic high activity. Although normalization by the total surface area makes the amount of zinc oxide on the surface identical for all the materials under investigation, the quantity of zinc oxide in the bulk becomes much larger for the microcrystalline samples than for the nanocrystalline homologues. It is well known that holes and excited electrons can be formed not only on the surface but also in the bulk, and both can take part in photocatalysis. 11 R.-D. Sun, A. Nakajima, A. Fujishima, T. Watanabe, K. Hashimoto, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1984. 12 L. Spanhel, M. A. Anderson, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2826. Citing Literature Supporting Information Supporting information for this article is available on the WWW under http://www.wiley-vch.de/contents/jc_2089/2006/c1455_s.pdf or from the author. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume18, Issue24December, 2006Pages 3309-3312 ReferencesRelatedInformation

Mesoporous layer-by-layer ordered nanohybrids highly active for visible light-induced O(2) generation are synthesized by self-assembly between oppositely charged 2D nanosheets of Zn-Cr-layered double hydroxide (Zn-Cr-LDH) and layered titanium oxide. The layer-by-layer ordering of two kinds of 2D nanosheets is evidenced by powder X-ray diffraction and cross-sectional high resolution-transmission electron microscopy. Upon the interstratification process, the original in-plane atomic arrangements and electronic structures of the component nanosheets remain intact. The obtained heterolayered nanohybrids show a strong absorption of visible light and a remarkably depressed photoluminescence signal, indicating an effective electronic coupling between the two component nanosheets. The self-assembly between 2D inorganic nanosheets leads to the formation of highly porous stacking structure, whose porosity is controllable by changing the ratio of layered titanate/Zn-Cr-LDH. The resultant heterolayered nanohybrids are fairly active for visible light-induced O(2) generation with a rate of ∼1.18 mmol h(-1) g(-1), which is higher than the O(2) production rate (∼0.67 mmol h(-1) g(-1)) by the pristine Zn-Cr-LDH material, that is, one of the most effective visible light photocatalysts for O(2) production, under the same experimental condition. This result highlights an excellent functionality of the Zn-Cr-LDH-layered titanate nanohybrids as efficient visible light active photocatalysts. Of prime interest is that the chemical stability of the Zn-Cr-LDH is significantly improved upon the hybridization, a result of the protection of the LDH lattice by highly stable titanate layer. The present findings clearly demonstrate that the layer-by-layer-ordered assembly between inorganic 2D nanosheets is quite effective not only in improving the photocatalytic activity of the component semiconductors but also in synthesizing novel porous LDH-based hybrid materials with improved chemical stability.

Platinum-ion-doped TiO2 (Pt(ion)-TiO2) was synthesized by a sol-gel method, and its visible light photocatalytic activities were successfully demonstrated for the oxidative and reductive degradation of chlorinated organic compounds. Pt(ion)-TiO2 exhibited a yellow-brown color, and its band gap was lower than that of undoped TiO2 by about 0.2 eV. The flat band potential of Pt(ion)-TiO2 was positively shifted by 50 mV compared with that of undoped TiO2. X-ray absorption spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy analyses showed that the Pt ions substituted in the TiO2 lattice were present mainly in the Pt(IV) state with some Pt(II) on the sample surface. Pt(ion)-TiO2 exhibited higher photocatalytic activities than undoped TiO2 under UV irradiation as well. The visible light activity of Pt(ion)-TiO2 was strongly affected by the calcination temperature and the concentration of Pt ion dopant, which were optimal at 673 K and 0.5 atom %, respectively. Under visible irradiation, Pt(ion)-TiO2 degraded dichloroacetate and 4-chlorophenol through an oxidative path and trichloroacetate via a reductive path. The activity of Pt(ion)-TiO2 was not reduced when used repeatedly under visible light. However, visible-light-illuminated Pt(ion)-TiO2 could not degrade substrates such as tetramethylammonium and trichloroethylene, which are degraded with UV-illuminated TiO2. The characteristics and reactivities of Pt(ion)-TiO2 as a new visible light photocatalyst were investigated in various ways and discussed in detail.

Abstract Polynary transition‐metal atom catalysts are promising to supersede platinum (Pt)‐based catalysts for oxygen reduction reaction (ORR). Regulating the local configuration of atomic catalysts is the key to catalyst performance enhancement. Different from the previously reported single‐atom or dual‐atom configurations, a new type of ternary‐atom catalyst, which consists of atomically dispersed, nitrogen‐coordinated Co–Co dimers, and Fe single sites (i.e., Co 2 –N 6 and Fe–N 4 structures) that are coanchored on highly graphitized carbon supports is developed. This unique atomic ORR catalyst outperforms the catalysts with only Co 2 –N 6 or Fe–N 4 sites in both alkaline and acid conditions. Density functional theory calculations clearly unravels the synergistic effect of the Co 2 –N 6 and Fe–N 4 sites, which can induce higher filling degree of Fe–d orbitals and favors the binding capability to *OH intermediates (the rate determining step). This ternary‐atom catalyst may be a promising alternative to Pt to drive the cathodic ORR in zinc–air batteries.

The reported photocurrent density (JSC) of PbS quantum dot (QD)-sensitized solar cell was less than 19 mA/cm2 despite the capability to generate 38 mA/cm2, which results from inefficient electron injection and fast charge recombination. Here, we report on a PbS:Hg QD-sensitized solar cell with an unprecedentedly high JSC of 30 mA/cm2. By Hg2+ doping into PbS, JSC is almost doubled with improved stability. Femtosecond transient study confirms that the improved JSC is due to enhanced electron injection and suppressed charge recombination. EXAFS reveals that Pb-S bond is reinforced and structural disorder is reduced by interstitially incorporated Hg2+, which is responsible for the enhanced electron injection, suppressed recombination and stability. Thanks to the extremely high JSC, power conversion efficiency of 5.6% is demonstrated at one sun illumination.

Highly efficient photocatalysts for visible light-induced O2 generation are synthesized via an electrostatically derived self-assembly of Zn–Cr-LDH 2D nanoplates with graphene 2D nanosheets. In the obtained nanohybrids, the positively charged Zn–Cr-LDH nanoplates are immobilized on the surface of negatively charged graphene nanosheets with the formation of a highly porous stacked structure. A strong electronic coupling of the subnanometer-thick Zn–Cr-LDH nanoplates with reduced graphene oxide (RGO)/graphene oxide (GO) nanosheets gives rise not only to the prominent increase of visible light absorption but also to a remarkable depression of the photoluminescence signal. The self-assembled Zn–Cr-LDH–RGO nanohybrids display an unusually high photocatalytic activity for visible light-induced O2 generation with a rate of ∼1.20 mmol h−1 g−1, which is far superior to that of the pristine Zn–Cr-LDH material (∼0.67 mmol h−1 g−1). The fact that pristine Zn–Cr-LDH is one of the most effective visible light photocatalysts for O2 production with unusually high quantum efficiency of 61% at λ = 410 nm highlights the excellent functionality of the Zn–Cr-LDH–RGO nanohybrids as visible light active photocatalysts. The Zn–Cr-LDH–RGO nanohybrid shows a higher photocatalytic activity than the Zn–Cr-LDH–GO nanohybrid, providing strong evidence for the superior advantage of the hybridization with RGO. The present findings clearly demonstrate that graphene nanosheets can be used as an effective platform for improving the photocatalytic activity of 2D nanostructured inorganic solids.

Mesoporous carbon nitrides (MCN) with C3 N4 stoichiometry could find applications in fields ranging from catalysis, sensing, and adsorption-separation to biotechnology. The extension of the synthesis of MCN with different nitrogen contents and chemical structures promises access to a wider range of applications. Herein we prepare mesoporous C3 N5 with a combined triazole and triazine framework via a simple self-assembly of 5-amino-1H-tetrazole (5-ATTZ). We are able to hybridize these nanostructures with graphene by using graphene-mesoporous-silica hybrids as a template to tune the electronic properties. DFT calculations and spectroscopic analyses clearly demonstrate that the C3 N5 consists of 1 triazole and 2 triazine moieties. The triazole-based mesoporous C3 N5 and its graphene hybrids are found to be highly active for oxygen reduction reaction (ORR) with a higher diffusion-limiting current density and a decreased overpotential than those of bulk g-C3 N4 .

We have achieved the synthesis of dual-metal single atoms and atomic clusters that co-anchor on a highly graphitic carbon support. The catalyst comprises Ni4 (and Fe4) nanoclusters located adjacent to the corresponding NiN4 (and FeN4) single-atom sites, which is verified by systematic X-ray absorption characterization and density functional theory calculations. A distinct cooperation between Fe4 (Ni4) nanoclusters and the corresponding FeN4 (NiN4) atomic sites optimizes the adsorption energy of reaction intermediates and reduces the energy barrier of the potential-determining steps. This catalyst exhibits enhanced oxygen reduction and evolution activity and long-cycle stability compared to counterparts without nanoclusters and commercial Pt/C. The fabricated Zn-air batteries deliver a high power density and long-term cyclability, demonstrating their prospects in energy storage device applications.

Sulfide‐based inorganic solid electrolytes are promising materials for high‐performance safe solid‐state batteries. The high ion conductivity, mechanical characteristics, and good processability of sulfide‐based inorganic solid electrolytes are desirable properties for realizing high‐performance safe solid‐state batteries by replacing conventional liquid electrolytes. However, the low chemical and electrochemical stability of sulfide‐based inorganic solid electrolytes hinder the commercialization of sulfide‐based safe solid‐state batteries. Particularly, the instability of sulfide‐based inorganic solid electrolytes is intensified in the cathode, comprising various materials. In this study, carbonate‐based ionic conductive polymers are introduced to the cathode to protect cathode materials and suppress the reactivity of sulfide electrolytes. Several instruments, including electrochemical spectroscopy, X‐ray photoelectron spectroscopy, and scanning electron microscopy, confirm the chemical and electrochemical stability of the polymer electrolytes in contact with sulfide‐based inorganic solid electrolytes. Sulfide‐based solid‐state cells show stable electrochemical performance over 100 cycles when the ionic conductive polymers were applied to the cathode.

Beam Drift Chamber (BDC) is designed to reconstruct the trajectories of incident rare isotope beams provided by RAON (Rare isotope Accelerator complex for ON-line experiments) into the experimental target of LAMPS (Large Acceptance Multi-Purpose Spectrometer). To conduct the performance test of the BDC, the prototype BDC (pBDC) is manufactured and evaluated with the high energy ion beams from HIMAC (Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba) facility in Japan. Two kinds of ion beams, 100 MeV proton, and 200 MeV/u $^{12}$C, have been utilized for this evaluation, and the track reconstruction efficiency and position resolution have been measured as the function of applied high voltage. This paper introduces the construction details and presents the track reconstruction efficiency and position resolution of pBDC.