Direct borohydride oxidation: Mechanism determination and design of alloy catalysts guided by density functional theory

Energy and Environmental Science

Volumn 3, Issue 9, 2010, Pages 1262-1274

  Rostamikia, Gholamreza ^a   Janik, Michael J ^a  

^a The Pennsylvania State University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ALLOY CATALYST; ANODE ELECTROCATALYST; BOROHYDRIDE OXIDATION; BOROHYDRIDES; CATALYST COMPOSITION; CATALYST DESIGNS; DESIGN PROCEDURE; ELECTRICAL ENERGY; ELECTRODE DESIGN; ELEMENTARY STEPS; EXPERIMENTAL DETERMINATION; NOVEL CATALYSTS; POWER DENSITIES; QUANTUM MECHANICAL METHOD; REACTION MECHANISM; SPECIFIC ENERGY DENSITY;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DESIGN; ELECTROCATALYSTS; FUEL CELLS; QUANTUM THEORY; REACTION KINETICS;

ANODIC OXIDATION;

ALLOY; BORON; CATALYST; CHEMICAL COMPOSITION; DESIGN; ELECTRODE; ELECTRON; FUEL CELL; LITERATURE REVIEW; OPTIMIZATION; OXIDATION; REACTION KINETICS;

EID: 77956122481     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c0ee00115e     Document Type: Article

References (143)

1. J. P. Elder Electrochim. Acta 1962 7 417 426
2. J. P. Elder A. Hickling Trans. Faraday Soc. 1962 58 1852 1864
3. M. E. Indig R. N. Snyder J. Electrochem. Soc. 1962 109 1104 1106
4. S. C. Amendola P. Onnerud M. T. Kelly P. J. Petillo S. L. Sharp-Goldman M. Binder J. Power Sources 1999 84 130 133
5. G. Rostamikia M. J. Janik J. Electrochem. Soc. 2009 156 B86
6. G. Rostamikia M. J. Janik Electrochim. Acta 2010 55 1175 1183
7. U. B. Demirci J. Power Sources 2007 169 239 246
8. U. B. Demirci J. Power Sources 2007 172 676 687
9. C. P. de Leon F. C. Walsh D. Pletcher D. J. Browning J. B. Lakeman J. Power Sources 2006 155 172 181
10. B. H. Liu Z. P. Li J. Power Sources 2009 187 291 297
11. J. Ma N. A. Choudhury Y. Sahai Renewable Sustainable Energy Rev. 2010 14 183 199
12. J.-H. Wee J. Power Sources 2006 161 1 10
13. J.-H. Wee J. Power Sources 2006 155 329 339
14. Y. Kojima K. Suzuki Y. Kawai J. Power Sources 2006 155 325 328
15. B. S. Richardson J. F. Birdwell F. G. Pin J. F. Jansen R. F. Lind J. Power Sources 2005 145 21 29
16. Q. Ge J. Phys. Chem. A 2004 108 8682 8690
17. T. J. Frankcombe G. Kroes A. Zuttel Chem. Phys. Lett. 2005 405 73 78
18. S. Orimo Y. Nakamori A. Zuttel Mater. Sci. Eng., B 2004 108 51 53
19. K. Miwa N. Ohba S. Towata Y. Nakamori S. Orimo Phys. Rev. B: Condens. Matter 2004 69 245120
20. D. Hua Y. Hanxi A. Xinping C. Chuansin Int. J. Hydrogen Energy 2003 28 1095 1100
21. A. Zuttel P. Wenger S. Rentsch P. Sudan P. Mauron C. Emmenegger J. Power Sources 2003 118 1 7
22. B. Sakintuna F. Lamari-Darkrim M. Hirscher Int. J. Hydrogen Energy 2007 32 1121 1140
23. S. C. Amendola S. L. Sharp-Goldman M. S. Janjua N. C. Spencer M. T. Kelly P. J. Petillo M. Binder Int. J. Hydrogen Energy 2000 25 969 975
24. D. Gervasio S. Tasic F. Zenhausern J. Power Sources 2005 149 15 21
25. S. W. Jorgensen and B. K. Perry, US Pat., 6811764, 2002
26. S. C. Amendola, P. J. Petillo and S. C. Petillo, US Pat., 2004/0009379, 2004
27. Z. P. Li B. H. Liu K. Arai S. Suda J. Electrochem. Soc. 2003 150 A868 A872
28. Z. P. Li B. H. Liu K. Arai S. Suda J. Alloys Compd. 2005 404-406 648 652
29. D. X. Cao D. D. Chen J. Lan G. L. Wang J. Power Sources 2009 190 346 350
30. L. F. Gu N. Luo G. H. Miley J. Power Sources 2007 173 77 85
31. G. H. Miley N. Luo J. Mather R. Burton G. Hawkins L. F. Gu E. Byrd R. Gimlin P. J. Shrestha G. Benavides J. Laystrom D. Carroll J. Power Sources 2007 165 509 516
32. Z. P. Li B. H. Liu K. Arai K. Asaba S. Suda J. Power Sources 2004 126 28 33
33. B. Liu S. Suda J. Power Sources 2007 164 100 104
34. H. Cheng K. Scott J. Electroanal. Chem. 2006 596 117 123
35. B. H. Liu Z. P. Li K. Arai S. Suda Electrochim. Acta 2005 50 3719 3725
36. R. X. Feng H. Dong Y. D. Wang X. P. Ai Y. L. Cao H. X. Yang Electrochem. Commun. 2005 7 449 452
37. Y. Wang Y. Xia Electrochem. Commun. 2006 8 1775 1778
38. Determined using Web of Science with search criteria for "DBFC" or "borohydride fuel cell"
39. S. Suda N. Morigasaki Y. Iwase Z. P. Li J. Alloys Compd. 2005 404-406 643 647
40. E. L. Gyenge C. W. Oloman J. Appl. Electrochem. 1998 28 1147 1151
41. Z. P. Li N. Morigazaki B. H. Liu S. Suda J. Alloys Compd. 2003 349 232 236
42. Z. P. Li B. H. Liu N. Morigasaki S. Suda J. Alloys Compd. 2003 354 243 247
43. D. L. Calabretta B. R. Davis J. Power Sources 2007 164 782 791
44. J. V. Ortega, Y. Wu, S. C. Amendola and M. T. Kelly, US Pat., application 2003/0114632, 2003
45. S. C. Amendola, M. T. Kelly, J. V. Ortega and Y. Wu, US Pat., application 2003/0092877, 2003
46. S. C. Amendola and M. T. Kelly, US Pat., 7019105, 2006
47. B. H. Liu Z. P. Li J. K. Zhu J. Alloys Compd. 2009 476 L16 L20
48. H. Cheng K. Scott K. Lovell Fuel Cells 2006 6 367 375
49. B. H. Liu Z. P. Li S. Suda Electrochim. Acta 2004 49 3097 3105
50. B. H. Liu Z. P. Li S. Suda J. Electrochem. Soc. 2003 150 A398 A402
51. A. Verma S. Basu J. Power Sources 2005 145 282 285
52. E. Gyenge Electrochim. Acta 2004 49 965 978
53. M. V. Mirkin H. Yang A. J. Bard J. Electrochem. Soc. 1992 139 2212 2217
54. M. Chatenet F. Micoud I. Roche E. Chatinet Electrochim. Acta 2006 51 5459 5467
55. E. Sanli H. Celikkan B. Z. Uysal M. L. Aksu Int. J. Hydrogen Energy 2006 31 1920 1924
56. L. Wang C. Ma Y. Sun S. Suda J. Alloys Compd. 2005 391 318 322
57. M. Chatenet M. B. Molina-Concha J. P. Diard Electrochim. Acta 2009 54 1687 1693
58. D. A. Finkelstein N. Da Mota J. L. Cohen H. D. Abruna J. Phys. Chem. C 2009 113 19700 19712
59. P. Krishnan T.-H. Yang S. G. Advani A. J. Prasad J. Power Sources 2008 182 106 111
60. M. Chatenet F. H. B. Lima E. A. Ticianelli J. Electrochem. Soc. 2010 157 B697 B704
61. V. J. Goubeau H. Kallfass Z. Anorg. Allg. Chem. 1959 299 160 169
62. R. E. Davis C. G. Swain J. Am. Chem. Soc. 1960 82 5949 5950
63. J. A. Gardiner J. W. Collat J. Am. Chem. Soc. 1964 86 3165 3166
64. J. A. Gardiner J. W. Collat J. Am. Chem. Soc. 1965 87 1692 1700
65. B. M. Concha M. Chatenet C. Coutanceau F. Hahn Electrochem. Commun. 2009 11 223 226
66. M. Neurock S. A. Wasileski D. Mei Chem. Eng. Sci. 2004 59 4703 4714
67. R. A.v. Santen and M. Neurock, Molecular Heterogeneous Catalysis: a Conceptual and Computational Approach, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2006
68. J. Zhang M. B. Vukmirovic K. Sasaki A. U. Nilekar M. Mavrikakis R. R. Adzic J. Am. Chem. Soc. 2005 127 12480 12481
69. J. Zhang M. B. Vukmirovic Y. Xu M. Mavrikakis R. R. Adzic Angew. Chem., Int. Ed. 2005 44 2132 2135
70. J. Greeley J. K. Nørskov Surf. Sci. 2005 592 104 111
71. J. K. Nørskov J. Rossmeisl A. Logadottir L. Lindqvist J. R. Kitchin T. Bligaard H. Jonsson J. Phys. Chem. B 2004 108 17886 17892
72. Y. Xu A. V. Ruban M. Mavrikakis J. Am. Chem. Soc. 2004 126 4717 4725
73. M. P. Hyman J. W. Medlin J. Phys. Chem. B 2006 110 15338 15344
74. T. Li P. B. Balbuena J. Phys. Chem. B 2001 105 9943 9952
75. T. Li P. B. Balbuena Chem. Phys. Lett. 2003 367 439 447
76. A. Panchenko M. T. M. Koper T. E. Shubina S. J. Mitchell E. Roduner J. Electrochem. Soc. 2004 151 A2016 A2027
77. J. Greeley J. K. Nørskov J. Phys. Chem. C 2009 113 4932 4939
78. M. J. Janik C. D. Taylor M. Neurock J. Electrochem. Soc. 2009 156 B126 B135
79. K. Y. Yeh S. A. Wasileski M. J. Janik Phys. Chem. Chem. Phys. 2009 11 10108 10117
80. J. Greeley I. E. L. Stephens A. S. Bondarenko T. P. Johansson H. A. Hansen T. F. Jaramillo J. Rossmeisl I. Chorkendorff J. K. Nørskov Nat. Chem. 2009 1 552 556
81. J. Greeley J. K. Nørskov Surf. Sci. 2007 601 1590 1598
82. J. Greeley J. K. Nørskov L. A. Kibler A. M. El-Aziz D. M. Kolb ChemPhysChem 2006 7 1032 1035
83. J. Greeley T. F. Jaramillo J. Bonde I. Chorkendorff J. K. Nørskov Nat. Mater. 2006 5 909 913
84. P. Liu A. Logadottir J. K. Nørskov Electrochim. Acta 2003 48 3731 3742
85. S. Desai M. Neurock Electrochim. Acta 2003 48 3759 3773
86. S. K. Desai M. Neurock Phys. Rev. B: Condens. Matter 2003 68 075420
87. Q. Ge S. Desai M. Neurock K. Kourtakis J. Phys. Chem. B 2001 105 9533 9536
88. D. Cao G.-Q. Lu A. Wieckowski S. A. Wasileski M. Neurock J. Phys. Chem. B 2005 109 11622 11633
89. C. Hartnig E. Spohr Chem. Phys. 2005 319 185 191
90. M. T. M. Koper N. P. Lebedeva C. G. M. Hermse Faraday Discuss. 2002 121 301 311
91. T. E. Shubina C. Hartnig M. T. M. Koper Phys. Chem. Chem. Phys. 2004 6 4215 4221
92. T. E. Shubina M. T. M. Koper Electrochim. Acta 2002 47 3621 3628
93. T. R. Mattson S. J. Paddison Surf. Sci. 2003 544 L697 L702
94. P. Ferrin A. U. Nilekar J. Greeley M. Mavrikakis J. Rossmeisl Surf. Sci. 2008 602 3424 3431
95. M. J. Janik M. Neurock Electrochim. Acta 2007 52 5517 5528
96. M. J. Janik C. D. Taylor M. Neurock Top. Catal. 2007 46 306 319
97. J. Rossmeisl J. K. Nørskov C. D. Taylor M. J. Janik M. Neurock J. Phys. Chem. B 2006 110 21833 21839
98. R. Jinnouchi A. B. Anderson Phys. Rev. B: Condens. Matter 2008 77 245417
99. C. D. Taylor R. G. Kelly M. Neurock J. Electrochem. Soc. 2007 154 F55 F64
100. C. D. Taylor M. Neurock Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2005 9 49 65
101. C. D. Taylor S. A. Wasileski J. S. Filhol M. Neurock Phys. Rev. B: Condens. Matter 2006 73 165402
102. J. S. Filhol M. Neurock Angew. Chem., Int. Ed. 2006 45 402 406
103. H. Reiss A. Heller J. Phys. Chem. 1985 89 4207 4213
104. M. Otani O. Sugino Phys. Rev. B: Condens. Matter 2006 73 115407
105. A. Y. Lozovoi A. Alavi J. Kohanoff R. M. Lynden-Bell J. Chem. Phys. 2001 115 1661 1669
106. J. Rossmeisl E. Skulason M. E. Bjorketun V. Tripkovic J. K. Nørskov Chem. Phys. Lett. 2008 466 68 71
107. M. H. Atwan C. L. B. Macdonald D. O. Northwood E. L. Gyenge J. Power Sources 2006 158 36 44
108. C. D. Taylor M. J. Janik M. Neurock R. G. Kelly Mol. Simul. 2006 33 15 30
109. G. Rostamikia, A. Mendoza, M. A. Hickner and M. J. Janik, in preparation
110. N. M. Markovic H. A. Gasteiger P. N. Ross J. Phys. Chem. 1996 100 6715 6721
111. A. Chen J. Lipkowski J. Phys. Chem. B 1999 103 682 691
112. D. W. Kirk F. R. Foulkes W. F. Graydon J. Electrochem. Soc. 1980 127 1069 1076
113. J. H. Morris H. J. Gysling D. Reed Chem. Rev. 1985 85 51 76
114. H. Dong R. X. Feng X. P. Ai Y. L. Cao H. X. Yang C. S. Cha J. Phys. Chem. B 2005 109 10896 10901
115. N. M. Markovic B. N. Grgur P. N. Ross J. Phys. Chem. B 1997 101 5405 5413
116. M. Chatenet M. B. Molina-Concha N. El-Kissi G. Parrour J. P. Diard Electrochim. Acta 2009 54 4426 4435
117. B. E. Conway G. Jerkiewicz Solid State Ionics 2002 150 93 103
118. G. A. Prentice, Electrochemical Engineering Principles, Prentice-Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ, 1991
119. M. Boudart Catal. Lett. 1989 3 111 116
120. E. Iglesia J. E. Baumgartner G. L. Price J. Catal. 1992 134 549 571
121. T. Maoka M. Enyo Surf. Technol. 1979 9 147 157
122. L. C. Nagle J. F. Rohan J. Electrochem. Soc. 2006 153 C773 C776
123. E. Gyenge M. Atwan D. Northwood J. Electrochem. Soc. 2006 153 A150 A158
124. M. H. Atwan D. O. Northwood E. L. Gyenge Int. J. Hydrogen Energy 2007 32 3116 3125
125. B. M. Concha M. Chatenet Electrochim. Acta 2009 54 6119 6129
126. B. M. Concha M. Chatenet Electrochim. Acta 2009 54 6130 6139
127. M. Simoes S. Baranton C. Coutanceau J. Phys. Chem. C 2009 113 13369 13376
128. X. Y. Geng H. M. Zhang Y. W. Ma H. X. Zhong J. Power Sources 2010 195 1583 1588
129. H. M. Lee S. Y. Park K. T. Park U. H. Jung K. Chun C. D. Woong S. H. Kim Res. Chem. Intermed. 2008 34 787 792
130. M. Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions, NACE, Houston, TX, 1974
131. M. Ziomek-Moroz A. Miller J. Hawk K. Cadien D. Y. Li Wear 2003 255 869 874
132. B. G. Ateya G. Geh A. H. Carim H. W. Pickering J. Electrochem. Soc. 2002 149 B27 B33
133. G. S. Duffo S. B. Farina J. R. Galvele Corros. Sci. 2004 46 1 4
134. J. D. Fritz H. W. Pickering J. Electrochem. Soc. 1991 138 3209 3218
135. A. V. Ruban H. L. Skriver J. K. Nørskov Phys. Rev. B: Condens. Matter 1999 59 15990 16600
136. A. K. Sra T. D. Ewers R. E. Schaak Chem. Mater. 2005 17 758 766
137. A. K. Sra R. E. Schaak J. Am. Chem. Soc. 2004 126 6667 6672
138. H. Cheng K. Scott K. V. Lovell J. A. Horsfall S. C. Waring J. Membr. Sci. 2007 288 168 174
139. E. Gulzow J. Power Sources 1996 61 99 104
140. K. Kordesch V. Hacker J. Gsellmann M. Cifrain G. Faleschini P. Enziger R. Fankhauser M. Ortner M. Muhr R. R. Aronson J. Power Sources 2000 86 162 165
141. M. Cifrain K. V. Kordesch J. Power Sources 2004 127 234 242
142. G. F. McLean T. Niet S. Prince-Richard N. Djilali Int. J. Hydrogen Energy 2002 27 507 526
143. B. Y. S. Lin D. W. Kirk S. J. Thorpe J. Power Sources 2006 161 474 483