Abstract
Photocatalytic splitting of water into H2 is one of the most promising ways for converting solar energy into chemical energy. In the present paper, the basic physical and chemical principles of photocatalysts for hydrogen generating from aqueous solutions are outlined. Strategies for designing visible-light-induced photocatalysts have been reviewed. Besides, ultraviolet-light-induced photocatalysts, dye sensitization, photoelectrochemical water splitting and Z-scheme systems to effectively increase the light harvest are also discussed. Finally, the existing problems, possible solutions and prospects are presented.
Similar content being viewed by others
References
Fujishima, A.; Honda, K., Nature 1972, 238, 37
Ashokkumar, M., Int. J. Hydrogen Energy 1998, 23, 427
Anpo, M., Bull. Chem. Soc. Jpn. 2004, 77, 1427
Kudo, A., Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 2673
Maeda, K.; Domen, K., J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7851
Osterloh, F. E., Chem. Mater. 2008, 20, 35
Sato, S.; White, J. M., Chem. Phys. Lett. 1980, 72, 83
Domen, K.; Kudo, A.; Shinozaki, A.; Tanaka, A.; Maruya, K.; Onishi, T., J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1986, 4, 356
Kudo, A.; Kato, H., Chem. Lett. 1997, 9, 867
Sato, J.; Saito, N.; Nishiyama, H.; Inoue, Y., J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6061
Elvington, M.; Brown, J.; Arachchige, S. M.; Brewer, K. J., J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10644
Ikeda, S.; Itani, T.; Nango, K.; Matsumara, M., Catal. Lett. 2004, 98, 229
Bae, E.; Choi, W., J. Phys. Chem. B 2006, 110, 14792
Maeda, K.; Teramura, T.; Lu, D. L.; Saito, N.; Inoue, Y.; Domen, K., Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7806
Perharz, G.; Dimroth, F.; Wittstadt, U., Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 3248
Selli, E.; Chiarello, G. L.; Quartarone, E.; Mustarelli, P.; Rossetti, I.; Forni, L., Chem. Commun. 2007, 47, 5022
Hoffert, M. I.; Caldeira, K.; Benford, G.; Criswell, D. R.; Green, C.; Herzog, H.; Jain, A. K.; Kheshgi, H. S.; Lackner, K. S.; Lewis, J. S.; Lightfoot, H. D.; Manheimer, W.; Mankins, J. C.; Mauel, M. E.; Perkins, L. J.; Schlesinger, M. E.; Volk, T.; Wigley, T. M. L., Science 2002, 298, 981
Lewis, N. S., Nature 2001, 414, 589
Service, R. F., Science 2004, 305, 958
Nowotny, J.; Sorrell, C. C.; Sheppard, L. R.; Bak, T., Int. J. Hydrogen Energy 2005, 30, 521
Sayama, K.; Arakawa, H., J. Phys. Chem. 1993, 97, 531
Takata, T.; Shinohara, K.; Tanaka, A.; Hara, M.; Kondo, J.; Domen, K., J. Photochem. Photobiol. A 1997, 106, 45
Inoue, Y.; Kubokawa, T.; Sato, K., J. Phys. Chem. 1991, 95, 4059
Inoue, Y.; Asai, Y.; Sato, K., J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1994, 90, 797
Kudo, A.; Tanaka, A.; Domen, K.; Maruya, K.; Aika, K.; Onishi, T., J. Catal. 1998, 111, 67
Kato, H.; Asakura, K.; Kudo, A., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3082
Domen, K.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Takata, T., Bull. Chem. Soc. Jpn. 2000, 73, 1307
Saito, N.; Kadowaki, H.; Kobayashi, H.; Ikarashi, K.; Nishiyama, H.; Inoue Y., Chem. Lett. 2004, 33, 1452
Ikarashi, K.; Sato, J.; Kobayashi, H.; Nishiyama, H.; Inoue, Y., J. Phys. Chem. B 2002, 106, 9048
Sato, J.; Saito, N.; Nishiyama, H.; Inoue, Y., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7965
Sato, J.; Kobayashi, H.; Ikarashi, K.; Saito, N.; Nishiyama, H.; Inoue, Y., J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4369
Sato, J.; Kobayashi, H.; Inoue, Y., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7970
Sato J.; Saito, N.; Nishiyama, H.; Inoue, Y., J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6061
Sato, J.; Kobayashi, H.; Saito, N.; Nishiyama, H.; Inoue, Y., J. Photochem. Photobiol. A 2003, 158, 139
Kadowaki, H.; Sato, J.; Kobayashi, H.; Saito, N.; Nishiyama, H.; Simodaira, Y.; Inoue, Y., J. Phys. Chem. B 2005, 109, 22995
Sato, J.; Saito, N.; Yamada, Y.; Maeda, K.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kobayashi, H.; Domen, K.; Inoue, Y., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4150
Arai, N.; Saito, N.; Nishiyama, H.; Domen, K.; Kobayashi, H.; Sato, K.; Inoue, Y., Catal. Today 2007, 129, 407
Maeda, K.; Saito, N.; Inoue, Y.; Domen, K., Chem. Mater. 2007, 19, 4092
Maeda, K.; Teramura, K.; Saito, N.; Inoue, Y.; Domen, K., Bull. Chem. Soc. Jpn. 2007, 80, 1004
Kudo, A.; Sekizawa, M., Catal. Lett. 1999, 58, 241
Kudo, A.; Sekizawa, M., Chem. Commun. 2000, 1371
Kasahara, A.; Nukumizu, K.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kobayashi, H.; Domen, K., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 791
Ishikawa, A.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kobayashi, H.; Domen, K., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13547
Reyes-Gil, K. R.; Reyes-Garcia, E. A.; Raftery, D., J. Phys. Chem. C 2007, 111, 14579
Hagiwara, H.; Ono, N.; Inoue, T.; Matsumoto, H.; Ishihara, T., Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1420
Grätzel, M., Chem. Lett. 2005, 34, 8
Park, J. H.; Bard, A. J., Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, G371
Wang, S.; Tabata, I.; Hisada, K.; Hori, T., Dyes Pigments 2002, 55, 27
Heyduk, A. F.; Nocera, D. G., Science 2001, 293, 1639
Zou, Z. G.; Ye, J. H.; Sayama, K.; Arakawa, H., Nature 2001, 414, 625
Khan, S. U. M.; Al-Shahry, M.; Ingler, W. B., Science 2002, 297, 2243
Tsuji, I.; Kato, H.; Kobayashi, H.; Kudo, A., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13406
Maeda, K.; Takata, T.; Hara, M.; Saito, N.; Inoue, Y.; Kobayashi, H.; Domen, K., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8286
Ritterskamp, P.; Kuklya, A.; Wustkamp, M. A.; Kerpen, K.; Weidenthaler, C.; Demuth, M., Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 7770
Lei, Z.; You, W.; Liu, M.; Zhou, G.; Takata, T.; Hara, M.; Domen, K.; Li, C., Chem. Commun. 2003, 2142
Liu, M.; You, W.; Lei, Z.; Zhou, G.; Yang, J.; Wu, G.; Ma, G.; Luan, G.; Takata, T.; Hara, M.; Domen, K.; Li, C., Chem. Commun. 2004, 2192
Lei, Z. B.; Ma, G. J.; Liu, M. Y.; You, W. S.; Yan, H. J.; Wu, G. P.; Takata, T.; Hara, M.; Domen, K.; Li, C., J. Catal. 2006, 237, 322
Wang, D. F.; Zou, Z. G.; Ye, J. H., Chem. Phys. Lett. 2004, 384, 139
Ye, J. H.; Zou, Z. G., J. Phys. Chem. Solids 2005, 66, 266
Yuan, Y. P.; Lv, J.; Jiang, X.; Li, Z. S.; Yu, T.; Zou, Z. G., Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 094107
Chen, X. Y.; Yu, T.; Fan, X. X.; Zhang, H. T.; Li, Z. S.; Ye, J. H.; Zou, Z. G., Appl. Surf. Sci. 2007, 253, 8500
Li, Y.; Lu, G.; Li, S.; Chemosphere 2003, 52, 843
Zhang, X. J.; Jin, Z. L.; Li, Y. X.; Li, S. B.; Lu, G. X., J. Power Sources 2007, 166, 74
Li, Q. Y.; Lu, G. X., J. Mol. Catal. A 2007, 266, 75
Jin, Z. L.; Zhang, X. J.; Li, Y. X.; Li, S. B.; Lu, G. X., Catal. Commun. 2007, 8, 1267
Wang, X. W.; Liu, G.; Chen, Z. G.; Li, F.; Wang, L. Z.; Lu, G. Q.; Chen, H. M., Chem. Commun. 2009, 3452
Wang, X. W.; Liu, G.; Chen, Z. G.; Li, F.; Lu, G. Q.; Chen, H. M., Electrochem. Commun. 2009, 11, 1174
Liu, G.; Yang, H. G.; Wang, X. W.; Cheng, L. N.; Pan, J.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M., J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12868
Xiao, W. J.; Yuan, J.; Zhang, Y. F.; Shangguan, W. F., Mater. Chem. Phys. 2007, 105, 6
Shen, S. H.; Guo, L. J., Catal. Today 2007, 129, 414
Yin, Y. X.; Jin, Z. G.; Hou, F., Nanotechnology 2007, 18, 495608
Song, H. B.; Peng, T. Y.; Cai, P.; Yi, H. B.; Yan, C. H., Catal. Lett. 2007, 113, 54
Guo, D. Z.; Zhang, G. M.; Zhang, Z. X.; Xue, Z. Q.; Gu, Z. N., J. Phys. Chem. B 2006, 110, 1571
Schlapbach, L.; Züttel, A., Nature 2001, 414, 353
Maeda, K.; Teramura, K.; Takata, T.; Hara, M.; Saito, N.; Toda, K.; Inoue, Y.; Kobayashi, H.; Domen, K., J. Phys. Chem. B 2005, 109, 20504
Kudo, A., Int. J. Hydrogen Energy 2006, 31, 197
Sayama, K.; Mukasa, K.; Abe, R.; Abe, Y.; Arakawa, H., Chem. Commun. 2001, 2416
Kato, H.; Hori, M.; Konta, R.; Shimodaira, Y.; Kudo, A., Chem. Lett. 2004, 33, 1348
Kato, H.; Sasaki, Y.; Wase, A.; Kudo, A., Bull. Chem. Soc. Jpn. 2007, 80, 2457
Kaneko, M.; Okura, I., Photocatalysis science and technology; Springer: New York, 2002
Bard, A. J., J. Photochem. 1979, 10, 59
Bard, A. J., Science 1980, 207, 139
Abe, R.; Sayama, K.; Arakawa, H., Chem. Phys. Lett. 2003, 371, 360
Sayama, K.; Arakawa, H., J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1992, 2, 150
Sayama, K.; Arakawa, H., Chem. Lett. 1992, 2, 253
Zhang, J.; Xu, Q.; Feng, Z. C.; Li, M. J.; Li, C., Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 1766
Kato, H.; Kudo, A., Catal. Lett. 1999, 58, 153
Kudo, A.; Okutomi, H.; Kato, H., Chem. Lett. 2000, 1212
Kudo, A., Catal. Surv. Asia 2003, 7, 31
Kato, H.; Asakura, K.; Kudo, A., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3082
Centi, G.; Perathoner, S., Micropor. Mesopor. Mat. 2008, 1073
Takata, T.; Furumi, Y.; Shinohara, K.; Tanaka, A.; Hara, M.; Kondo, J. N.; Domen, K., Chem. Mater. 1997, 9, 1063
Sato, J.; Saito, S.; Nishiyama, H.; Inoue, Y., Chem. Lett. 2001, 868
Sato, J.; Saito, S.; Nishiyama, H.; Inoue, Y., J. Photochem. Photobiol. A 2002, 148, 85
Tang, J.; Zou, Z.; Ye, J., Chem. Mater. 2004, 16, 1644
Kadowaki, H.; Saito, N.; Nishiyama, H.; Kobayashi, H.; Shimodaira, Y.; Inoue, Y., J. Phys. Chem. C 2007, 111, 439
Sathish, M.; Viswanath, R. P., Catal. Today 2007, 129, 421
Zong, X.; Yan, H. J.; Wu, G. P.; Ma, G. J.; Wen, F. Y.; Wang, L.; Li, C., J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7176
Yan, H. J.; Yang, J. H.; Ma, G. J.; Wu, G. P.; Zong, X.; Lei, Z. B.; Shi, J. Y.; Li, C., J. Catal. 2009, 266, 165
Tan, M. X.; Laibinis, P. E.; Nguyen, S. T.; Kesselman, J. M.; Stanton, C. E.; Lewis, N. S., Prog. Inorg. Chem. 1994, 41, 21
Ryu, S. Y.; Balcerski, W.; Lee, T. K.; Hoffmann, M. R., J. Phys. Chem. C 2007, 111, 18195
Tada, H.; Mitsui, T.; Kiyonaga, T.; Akita, T.; Tanaka, K., Nat. Mater. 2006, 5, 782
Zou, Z.; Ye, J.; Arakawa, H., Chem. Phys. Lett. 2000, 332, 271
Kato, H.; Kobayashi, H.; Kudo, A., J. Phys. Chem. B 2002, 106, 12441
Ishii, T.; Kato, H.; Kudo, A., J. Photochem. Photobiol. A 2004, 163, 181
Konta, R.; Ishiii, T.; Kato, H.; Kudo, A., J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8992
Niishiro, R.; Kato, H.; Kudo, A., Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 2241
Yamashita, H.; Harada, M.; Misaka, J.; Takeuchi, M.; Ikeue, K.; Anpo, M., J. Photochem. Photobiol. A 2002, 148, 257
Kitano, M.; Matsuoka, M.; Ueshima, M.; Anpo, M., Appl. Catal. A: Gen. 2007, 325, 1
Hitoki, G.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kobayashi, H.; Domen, K., Chem. Commun. 2002, 1698
Hitoki, G.; Ishikawa, A.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Domen, K., Chem. Lett. 2002, 736
Hara, M.; Hitoki, G.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Kobayashi, H.; Domen, K., Catal. Today 2003, 78, 555
Chun, W.; Ishikawa, A.; Fujisawa, H.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kawai, M.; Matsumoto, Y.; Domen, K., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1798
Ishikawa, A.; Yamada, Y.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kobayashi, H.; Domen, K., Chem. Mater. 2003, 15, 4442
Maeda, K.; Teramura, K.; Lu, D. L.; Takata, T.; Saito, N.; Inoue, Y.; Domen, K., Nature 2006, 440, 295
Tsuji, I.; Kato, H.; Kobayashi, H.; Kudo, A., J. Phys. Chem. B 2005, 109, 7323
Tsuji, I.; Kato, H.; Kudo, A., Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 3565
Kiwi, J.; Grätzel, M., J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 7214
O’Regan, B.; Grätzel, M., Nature 1991, 353, 737
Abe, R.; Sayama, K.; Arakawa, H., J. Photochem. Photobiol. A 2004, 166, 115
Deutsch, T. G.; Koval, C. A.; Turner, J. A., J. Phys. Chem. B 2006, 110, 25297
Mishra, P. R.; Shukla, P. K.; Srivastava, O. N., Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 1680
Park, J. H.; Bard, A. J., Electrochem. Solid-State Lett. 2006, 9, E5
Grätzel, M., Nature 2001, 414, 338
Murarka, S. P., Annu. Rev. Mater. Sci. 1983, 13, 117
Awazu, K.; Fujimaki, M.; Rockstuhl, C.; Tominaga, J.; Murakami, H.; Ohki, Y.; Yoshida, N.; Watanabe, T., J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1686
Wang, P.; Huang, B.; Qin, X.; Zhang, X.; Dai, Y.; Wei, J.; Whangbo, M., Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7931
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
About this article
Cite this article
Fan, Y., Li, D., Deng, M. et al. An overview on water splitting photocatalysts. Front. Chem. China 4, 343–351 (2009). https://doi.org/10.1007/s11458-009-0100-1
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11458-009-0100-1