2D Oxide Nanomaterials to Address the Energy Transition and Catalysis

Christopher J. Heard1, Jiřı́ Čejka1,2, Maksym Opanasenko1, Petr Nachtigall1, Gabriele Centi3
1Department of Physical and Macromolecular Chemistry, Faculty of Science, Charles University in Prague, Hlavova 8, 128 43, Prague 2, Czech Republic
2J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry Czech Academy of Science Dolejškova 3 182 23 Prague 8 Czech Republic
3Dept.s MIFT and ChiBioFarAm-Industrial Chemistry, University of Messina, ERIC aisbl and CASPE/INSTM, V.le F. Stagno S'Alcontres 31, 98166, Messina, Italy.

Tóm tắt

Abstract

2D oxide nanomaterials constitute a broad range of materials, with a wide array of current and potential applications, particularly in the fields of energy storage and catalysis for sustainable energy production. Despite the many similarities in structure, composition, and synthetic methods and uses, the current literature on layered oxides is diverse and disconnected. A number of reviews can be found in the literature, but they are mostly focused on one of the particular subclasses of 2D oxides. This review attempts to bridge the knowledge gap between individual layered oxide types by summarizing recent developments in all important 2D oxide systems including supported ultrathin oxide films, layered clays and double hydroxides, layered perovskites, and novel 2D‐zeolite‐based materials. Particular attention is paid to the underlying similarities and differences between the various materials, and the subsequent challenges faced by each research community. The potential of layered oxides toward future applications is critically evaluated, especially in the areas of electrocatalysis and photocatalysis, biomass conversion, and fine chemical synthesis. Attention is also paid to corresponding novel 3D materials that can be obtained via sophisticated engineering of 2D oxides.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1002/cssc.201701507

10.1002/anie.201701633

10.1002/cssc.201601739

Voiry D., 2018, Nat. Rev., 2, 0105

10.1038/natrevmats.2016.23

10.1021/acsenergylett.7b01058

10.1002/adma.201700176

10.1039/C6CC05357B

10.1002/aenm.201600671

10.1021/ar500277z

10.1039/C7NR04752E

10.1016/j.jechem.2017.03.004

10.1039/C7CY01067B

10.1002/cctc.201601641

Centi G., 2017, Science and Technology Roadmap on Catalysis for Europe: A Path to Create a Sustainable Future

Schlögl R., 2015, Angew. Chem., Int. Ed., 54, 346

10.1039/C5EE03461B

10.1007/s11244-009-9245-x

10.1016/j.ccr.2011.01.021

10.1002/9783527629114

10.1039/C5CY02184G

10.1016/j.ica.2017.08.007

10.1002/adma.201701704

10.1016/j.jcis.2017.03.077

10.1002/adfm.201604134

10.1002/adfm.201604040

10.1039/C5RA19909C

10.1021/acsnano.5b05556

10.1016/j.micromeso.2007.03.011

10.1016/j.chempr.2016.06.011

10.1021/ja511471b

10.1039/C5CS00811E

10.1021/acs.chemrev.5b00620

10.1021/acsphotonics.7b01399

10.1002/adma.201702415

10.1002/adma.201605448

10.1021/acsenergylett.7b00476

10.1039/C6TA09831B

10.1002/adfm.201702168

10.1002/aelm.201600400

10.1038/nmat4792

10.1039/C6CS00343E

10.1002/ejic.200900275

10.1021/acs.chemrev.6b00558

10.1016/S1872-2067(17)62839-0

10.1002/smll.201700806

10.1039/C7TA00816C

10.1039/C7TA00075H

10.1039/C6CS00424E

10.1038/nnano.2015.340

10.1039/C5CY00630A

10.1021/jz5010957

10.1166/sam.2015.2261

10.1039/C7GC02795H

10.1016/S1872-2067(14)60229-1

10.1039/C6TA01668E

10.1002/smll.201401464

10.1039/C0CE00233J

10.1021/acs.jpcc.7b04725

10.1002/advs.201600152

10.1021/cr500061m

10.1002/ente.201500145

10.1002/smll.201200564

10.1002/anie.201001374

10.1016/j.mssp.2015.07.051

10.1016/j.cattod.2014.11.003

Centi G., 2007, Catalysis, 367, 10.1039/b600902f

10.1016/j.apcatb.2017.09.071

10.1039/C6NR05742J

10.1039/c3ee43165g

10.1021/nl803258p

10.1021/acssuschemeng.6b01533

10.1016/j.cattod.2015.07.020

10.1039/b925470f

10.1007/s11244-016-0547-5

10.1002/cptc.201700178

10.1021/acs.jpcc.7b08690

10.1039/C7TA02704D

10.1002/anie.201700117

10.1021/jacs.6b09212

10.1149/2.0251701jes

10.1039/C6CS00875E

10.1021/acs.chemmater.6b04815

10.3390/catal7050149

10.1039/C6EE02328B

10.1038/nchem.2524

10.1149/2.0531614jes

10.1038/ncomms13814

10.1021/ja052386p

10.1016/j.cattod.2004.04.012

10.1039/C5CY02079D

10.1021/cr400600f

10.1021/jp402240d

10.1021/jp1036537

10.1021/acs.jpcc.5b09498

10.1039/C7TC02488F

Wang L., 2010, Bio‐Inspired Materials Synthesis, 99

10.1002/aenm.201600355

10.1021/ar500311w

10.1149/05006.0111ecst

10.2174/187221012803531574

10.1007/978-3-319-28332-6

10.1002/adma.201001722

10.1002/adma.201103241

10.1021/nn900104u

10.2109/jcersj.115.9

10.1021/acsenergylett.7b00198

10.1016/j.jnoncrysol.2011.09.033

10.1098/rspa.2010.0518

Centi G., 2009, Catalysis, 82, 10.1039/b712663h

10.1016/j.elecom.2017.04.016

10.1039/C6NR06329B

10.1002/adma.201500742

10.1088/0022-3727/48/29/295302

Lin J., 2015, Nanotechnol. Rev., 4, 209

10.1016/j.cej.2017.03.066

10.1016/j.jechem.2016.11.004

10.1021/jz4017848

10.1002/anie.201410031

10.1103/PhysRevB.84.115446

10.1103/PhysRevB.88.235410

10.1103/PhysRevLett.98.096107

10.1039/b718768h

10.1021/cr300307n

10.1021/jacs.6b05565

10.1007/BF03185374

10.1016/j.jcat.2009.07.002

10.1002/anie.201000437

10.1021/ja906865f

10.1039/b917723j

10.1002/anie.201005729

10.1039/a708778k

10.1007/s11244-016-0714-8

10.1088/0953-8984/27/44/443001

10.1021/jp211363q

10.1103/PhysRevLett.94.226104

10.1103/PhysRevLett.97.036106

10.1103/PhysRevLett.98.096107

10.1002/anie.201105355

10.1021/cr00083a003

10.1039/C6TA05907D

10.1021/jacs.6b01606

10.1021/nl402969r

10.1039/C5RA17287J

10.1016/j.powtec.2010.11.039

10.1039/C5CY01811K

10.1021/acsomega.7b01086

10.1021/acssuschemeng.7b00717

10.1126/science.1150038

10.1016/S0926-3373(97)00057-X

10.1002/cphc.201000343

10.1016/j.ijhydene.2015.06.105

10.1002/aenm.201501661

10.1016/j.apcatb.2017.03.080

10.1039/C5NR06197K

10.1039/C7TA07956G

10.1016/j.apcatb.2017.11.054

10.1039/C7CP02820B

10.1039/C7TA02204B

10.1039/C6CY00294C

10.1039/C6CY00294C

10.1038/nnano.2016.18

10.1021/cr3000412

10.1016/j.clay.2011.04.016

10.5402/2012/537164

10.1016/j.apcatb.2010.05.004

10.1016/j.apcatb.2006.01.031

10.1016/j.cattod.2007.03.041

10.1016/j.micromeso.2007.05.011

10.1039/c0jm00577k

10.1080/01614940.2014.904182

10.4028/www.scientific.net/KEM.571.71

10.1002/jccs.200000170

10.1016/j.crci.2011.08.002

10.5012/bkcs.2004.25.12.1929

Chavan O. S., 2017, Heterocycl. Lett., 7, 377

10.1080/00397911.2010.539755

10.1016/j.crci.2011.08.002

Shinde N. D., 2011, Org. Chem.: Indian J., 7, 161

10.1016/j.apsusc.2016.04.150

Vaccari A., 2012, Encyclopedia of Surface and Colloid Science, 1169

10.1039/C5CS00268K

10.1039/C7CY00274B

10.1002/aenm.201501974

10.1039/C3SC52546E

10.1021/ja506087h

10.1039/C6EE00377J

10.1038/srep02080

10.1021/acs.jpcc.5b01819

10.1039/c2jm15658j

10.1016/j.clay.2015.06.023

10.1039/c3ta11569k

10.1038/srep12170

10.1002/adma.201503730

10.1016/j.apcata.2014.12.042

10.1039/C3CY00959A

10.1016/j.cattod.2011.08.010

10.1039/C3CP54146K

10.1002/ange.201201847

10.1021/jz200420t

10.1016/j.catcom.2012.04.025

10.1002/anie.201007679

10.1039/C6CY00186F

10.1039/c3ta10588a

10.1002/tcr.201600036

10.3390/molecules15128988

10.1039/c3gc40405f

10.1166/jnn.2014.9193

10.1246/bcsj.20160291

10.1038/ncomms11981

10.1063/1.4919082

10.4028/www.scientific.net/KEM.571.1

10.1016/j.ijhydene.2017.06.089

10.1039/C6CY01126H

10.1039/C5CY00646E

10.1039/C5RA11254K

10.3390/catal7010032

10.1021/cm051588h

10.1016/j.clay.2012.07.011

10.1016/S0010-8545(98)00216-1

10.1016/j.jcat.2008.12.018

10.1016/j.jcat.2008.03.022

10.1016/j.jcat.2007.03.025

10.1007/s11244-005-3837-x

10.1016/j.ijhydene.2009.04.021

10.1166/jnn.2010.2221

10.1016/j.ijhydene.2012.05.090

10.1016/j.ijhydene.2014.03.096

10.1002/cctc.201500977

10.1021/acs.cgd.6b00081

10.1039/C6DT02095J

10.1016/S0167-2991(00)80486-3

10.1039/C7CE00614D

10.1016/j.mcat.2017.01.004

10.1039/C6DT04872B

10.1016/j.apcatb.2018.03.007

10.1126/science.1212858

10.1126/science.1215081

10.1038/nchem.2695

10.1039/C5CP02834E

10.1002/cctc.201000397

10.1080/2164232X.2014.891950

10.1021/jacs.5b11191

10.1021/acs.jpcc.7b06576

10.1039/C7TA09136B

10.1016/j.cattod.2012.04.003

10.1080/01614940.2017.1389109

10.1080/01614940.2017.1389112

10.1039/C5CS00599J

10.1002/asia.201700942

10.1021/acs.chemmater.7b00913

10.1039/9781788010610

10.1002/aic.14462

10.1021/ja107942n

10.1126/science.1221111

10.1021/ja908382n

10.1126/science.264.5167.1910

10.1016/j.cattod.2013.09.032

10.1039/c4dt00165f

10.1016/S0167-2991(06)81236-X

10.1039/C5SC04602E

10.1002/anie.201601135

10.1098/rspa.2012.0056

10.1021/acs.jpcc.7b00214

10.1039/C4CS00102H

10.1002/adma.201701392

10.1038/nmat5025

10.1039/C7QM00168A

10.1002/chem.201402887

10.1038/nature21421

10.1038/ncomms8128

10.1038/nature05545

10.1021/nl300071y

10.1038/nature08288

10.1002/adfm.201301975

10.1002/cphc.201402189

10.1039/c3cy00146f

10.1016/j.cattod.2013.09.016

10.1016/j.comptc.2017.07.019

10.1063/1.2890968

10.1016/j.jcat.2016.01.031

10.1021/jp501089n

10.1039/C6CP03343A

10.1039/B304332K

10.1039/B414296A

10.1016/j.cattod.2017.06.025

10.1021/acs.jpcc.5b12413

10.1039/C5CP05088J

10.1039/C5FD00207A

10.1002/cctc.201700080

10.1021/cs100042r

10.1016/j.micromeso.2016.12.004

10.1021/cs300824e

10.1039/c1cp20417c

10.1021/acs.accounts.6b00007

10.1021/acs.jpcc.6b03448

10.1021/jp015574k

10.1021/jp709739v

10.1021/jp8027319

M. K.Rubin P.Chu US Patent 4 954 325 1990.

10.1016/j.cattod.2012.07.018

10.1039/C4DT00414K

10.1039/C5CS00508F

10.1021/cm303260z

10.1039/c4dt00262h

10.1021/cm303131c

10.1039/b518265d

10.1021/ic1020065

10.1002/anie.200460085

10.1021/cm0706907

10.1021/cm403527t

f)T. V.Whittam US Patent 4 397 825 1983;

10.1039/C5SC02325D

10.1016/j.micromeso.2007.06.038

10.1021/cm702880p

10.1127/0935-1221/2012/0024-2187

10.1002/anie.201710748

10.1038/ncomms5262

10.1021/cm103245m

10.1039/C5SC01912E

10.1002/anie.201506822

10.1021/cm502953s

10.1016/j.cattod.2014.07.041

10.1038/nchem.1662

10.1002/anie.201407676

10.1039/C5CS00045A

10.1021/ja200741r

10.1002/anie.201700590

10.1021/acs.chemmater.7b01181

10.1038/nchem.2374

10.1039/c0cp02255a

10.1002/anie.201105738

10.1002/anie.201402024

10.1021/cm000591s

10.1039/a704148i

10.1039/C4CC07947G

10.1016/j.micromeso.2017.01.018

10.1002/adma.201202189

10.1039/C7RA00942A

10.1021/jp4101152

10.1039/C7CP02382K

10.1002/chem.201402452

10.1002/anie.201107097

10.1021/acsami.7b01369

10.1002/anie.201201319

10.1021/jp405533s

10.1039/C5NJ02829A

10.1021/acs.chemmater.5b01030

10.1002/cctc.201700162

10.1080/01614940.2017.1389111

10.1021/ja106272z

10.1021/ja410844f

A. S.Fung S. L.Lawton W. J.Roth US Patent 5 362 697 1994.

10.1038/24592

10.1002/(SICI)1521-3757(20000417)112:8<1559::AID-ANGE1559>3.0.CO;2-U

10.1039/c4cc02540g

10.1126/science.1208891

10.1002/aic.14099

10.1002/ange.201708835

10.1039/C7CC03256K

C. T.Chu A.Husain A.HussJr. C. T.Kresge W. J.Roth US Patent 5 258 569 1993.

J. C.Cheng A. S.Fung D. J.Klocke S. L.Lawton D. N.Lissy W. J.Roth C. M.Smith D. E.Walsh US Patent 5 453 554 1995.

Beck J. S., 2002, Zeolites for Cleaner Technologies, 223, 10.1142/9781860949555_0011

10.1016/S0926-860X(01)00807-9

10.1007/s11244-015-0392-y

10.1002/chem.201402665

10.1006/jcat.1999.2503

10.1021/ja9938130

10.1016/j.jcat.2015.04.011

10.1039/c2jm16539b

10.1039/C5FD00207A

10.1039/C3CP54738H

10.1002/cctc.201402007

10.1039/C7CY00377C

10.1039/a908748f

10.1246/cl.2003.326

10.1016/j.cattod.2014.07.002

10.1016/j.cclet.2014.09.003

10.1021/cs2002143

10.1016/j.cattod.2015.09.036

10.1021/cs5020546

10.1016/j.jcat.2012.12.002

10.1039/C4TA06473A

10.1016/j.micromeso.2014.12.014

10.1002/anie.201505334

10.1016/j.jcat.2012.12.017

10.1016/j.jcat.2006.11.002

10.1016/j.jcat.2009.06.001

10.1016/j.jcat.2004.09.011

10.1002/cctc.201000071

10.1016/j.jcat.2007.09.018

10.1021/ja058282w

10.1016/j.cattod.2005.07.051

10.1016/j.jcat.2014.12.022

10.1039/b703326p