Operando time-resolved x-ray absorption fine structure study for surface events on a Pt3Co/C cathode catalyst in a polymer electrolyte fuel cell during voltage-operating processes

ACS Catalysis

Volumn 2, Issue 7, 2012, Pages 1319-1330

  Ishiguro, Nozomu ^a,b   Saida, Takahiro ^a   Uruga, Tomoya ^c,d   Nagamatsu, Shin Ichi ^d   Sekizawa, Oki ^d   Nitta, Kiyofumi ^c   Yamamoto, Takashi ^d,e   Ohkoshi, Shin Ichi ^b   Iwasawa, Yasuhiro ^d   Yokoyama, Toshihiko ^a,f   Tada, Mizuki ^a,f  

^a INSTITUTE FOR MOLECULAR SCIENCE   (Japan)

^b UNIVERSITY OF TOKYO   (Japan)

^c JAPAN SYNCHROTRON RADIATION RESEARCH INSTITUTE   (Japan)

^d UNIVERSITY OF ELECTRO COMMUNICATIONS   (Japan)

^e UNIVERSITY OF TOKUSHIMA   (Japan)

^f GRADUATE UNIVERSITY FOR ADVANCED STUDIES   (Japan)

Author keywords

fuel cell; operando XAFS; PEFC; Pt3Co catalyst; structural kinetics; time resolved XAFS

Indexed keywords

ALLOY CATALYST; CATHODE CATALYST; CELL PERFORMANCE; CO CATALYSTS; ELECTROCHEMICAL REACTIONS; LOCAL COORDINATION; OPERANDO; PEFC; POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELLS; STRUCTURAL CHANGE; STRUCTURAL KINETICS; TIME LAG; TIME RESOLUTION; TIME-RESOLVED; X RAY ABSORPTION FINE STRUCTURES; XAFS;

CATHODES; COBALT ALLOYS; ELECTROCHEMICAL CORROSION; FUEL CELLS; PLATINUM; POLYELECTROLYTES; PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS (PEMFC); RATE CONSTANTS; X RAY ABSORPTION;

CATALYSTS;

EID: 84863632337     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cs300228p     Document Type: Article

References (79)

1. Borup, R. Chem. Rev. 2007, 107, 3904
2. Schmittinger, W.; Vahidi, A. J. Power Sources 2008, 180, 1
3. De Bruijn, F. A.; Dam, V. A. T.; Janssen, G. J. M. Fuel Cells 2008, 8, 3
4. Chen, S.; Gasteiger, H. A.; Hayakawa, K.; Tada, T.; Shao-Horn, Y. J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A82
5. Mukerjee, S.; Srinivasan, S. J. Electroanal. Chem. 1993, 357, 201
6. Mukerjee, S.; Srinivasan, S.; Soriaga, M. P.; McBreen, J. J. Electrochem. Soc. 1995, 142, 1409
7. Mani, P.; Srivastava, R.; Stasser, P. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 2770
8. Santiago, E. I.; Varanda, L. C.; Villullas, H. M. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 3146
9. Markovic, N. M.; Schmidt, T. J.; Stamenkovic, V.; Ross, P. N. Fuel Cells 2001, 1, 105
10. Paulus, U. A.; Wokaun, A.; Scherer, G. G.; Schmidt, T. J.; Stamenkovic, V.; Radmilovic, V.; Markovic, N. M.; Ross, P. N. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 4181
11. Zhang, J.; Lima, F. H. B.; Shao, M. H.; Sasaki, K.; Wang, J. X.; Hanson, J.; Adzic, R. R. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 22701
12. Koh, S.; Toney, M. F.; Strasser, P. Electrochim. Acta 2007, 52, 2765
13. Stamenkovic, V. R.; Mun, B. S.; Arenz, M.; Mayrhofer, K. J. J.; Lucas, C. A.; Wang, G.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2007, 6, 241
14. Chen, S.; Sheng, W.; Yabuchi, N.; Ferreira, P. J.; Allard, L. F.; Shao-Horn, Y. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 1109
15. Yu, P.; Pemberton, M.; Plasse, P. J. Power Sources 2005, 144, 11
16. Colón-Mercado, H. R.; Popov, B. N. J. Power Sources 2006, 155, 253
17. Matsutani, K.; Hayakawa, K.; Tada, T. Platinum Met. Rev. 2010, 54, 223
18. Menning, C. A.; Hwu, H. H.; Chen, J. G. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15471
19. Stamenkovic, V. R.; Fowler, B.; Mun, B. S.; Wang, G.; Ross, P. N.; Lucas, C. A.; Marcović, N. M. Science 2007, 315, 493
20. Stamenkovic, V. R.; Mun, B. S.; Mayhofer, K. J. J.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8813
21. Hwang, B. J.; Kumar, S. M.; Chen, C.-H.; Monalisa; Cheng, M.-Y.; Liu, D.-G.; Lee, J.-F. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 15267
22. Lee, M. H.; Do, J. S. J. Power Sources 2009, 188, 353
23. Loukrakpam, R.; Luo, J.; He, T.; Chen, Y. S.; Xu, Z.; Njoki, P. N.; Wanjala, B. N.; Fang, B.; Mott, D.; Yin, J.; Klar, J.; Powell, B.; Zhong, C.-J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 1682
24. Oezaslan, M.; Strasser, P. J. Power Sources 2011, 196, 5240
25. Mani, P.; Srivastava, R.; Strasser, P. J. Power Sources 2011, 196, 666
26. Koh, S.; Leisch, J.; Toney, M. F.; Strasser, P. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 3744
27. Kitchin, J. R.; Nørskov, J. K.; Barteau, M. A.; Chen, J. G. J. Chem. Phys. 2004, 120, 10240
28. Stamenkovic, V.; Mun, B. S.; Mayrhofer, K. J. J.; Ross, P. N.; Markovic, N. M.; Rossmeisl, J.; Greeley, J.; Nørskov, J. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 2897
29. Mun, B. S.; Watanabe, M.; Rossi, M.; Stamenkovic, V.; Markovic, N. M.; Ross, P. N. J. Chem. Phys. 2005, 123, 204717
30. Nørskov, J. K.; Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Lindqvist, L.; Kitchin, J. R.; Bligaard, T.; Jónsson, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 17886
31. Xu, Y.; Ruban, A. V.; Mavrikakis, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4717
32. Hirunsit, P.; Balbuena, P. B. Surf. Sci. 2009, 603, 3239
33. Callejas-Tovar, R.; Balbuena, P. B. Surf. Sci. 2008, 602, 3531
34. Carlton, C. E.; Chen, S.; Ferreira, P. J.; Allard, L. F.; Shao-Horn, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 161
35. Xin, H. L.; Mundy, J. A.; Liu, Z.; Cabezas, R.; Hoven, R.; Kourkoutis, L. F.; Zhang, J.; Subramanian, N. P.; Makharia, R.; Wagner, F. T.; Muller, D. A. Nano Lett. 2011, 12, 490
36. Lai, F.-J.; Su, W.-N.; Sarma, L. S.; Liu, D.-G.; Hsieh, C.-A.; Lee, J.-F.; Hwang, B.-J. Chem. - Eur. J. 2010, 16, 4602
37. Doung, H. T.; Rigsby, M. A.; Zhou, W.-P.; Wieckowski, A. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13460
38. Wakisaka, M.; Suzuki, H.; Mitsui, S.; Uchida, H.; Watanabe, M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 2750
39. Wakabayashi, N.; Takeuchi, M.; Uchida, H.; Watanabe, M. J. Chem. Phys. B 2005, 109, 5836
40. Gauthier, Y. Surf. Rev. Lett. 1996, 3, 1663
41. Russell, A. E.; Rose, A. Chem. Rev. 2004, 104, 4613
42. Antolini, E.; Salgado, J. R. C.; Giz, M. J.; Gonzalez, E. R. Int. J. Hydrogen Energy 2005, 30, 1213
43. Witkowska, A.; Dsoke, S.; Principi, E.; Marassi, R.; Di Cicco, A.; Albertini, V. R. J. Power Sources 2008, 178, 603
44. Lewis, E. A.; Kendrick, I.; Jia, Q.; Grice, C.; Sergre, C. U.; Smotkin, E. S. Electrochim. Acta 2011, 56, 8827
45. Melke, J.; Schoekel, A.; Gerteisen, D.; Dixon, D.; Ettinshausen, F.; Cremers, C.; Roth, C.; Ramaker, D. E. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 2838
46. Tada, M.; Murata, S.; Asaoka, T.; Hiroshima, K.; Okumura, K.; Tanida, H.; Uruga, T.; Nakanishi, H.; Matsumoto, S.; Inada, Y.; Nomura, M.; Iwasawa, Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 4310
47. Friebel, D.; Miller, D. J.; O' Grady, C. P.; Anniyev, T.; Bargar, J.; Bergmann, U.; Ogasawara, H.; Wikfeldt, K. T.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 262
48. Imai, H.; Matsumoto, M.; Miyazaki, T.; Kato, K.; Tanida, H.; Uruga, T. Chem. Commun. 2011, 47, 3538
49. Imai, H.; Izumi, K.; Matsumoto, M.; Kubo, Y.; Kato, K.; Imai, Y. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6293
50. Uemura, Y.; Inada, Y.; Bando, K. K.; Sasaki, T.; Kamiuchi, N.; Eguchi, K.; Yagishita, A.; Nomura, M.; Tada, M.; Iwasawa, Y. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 5823
51. Uemura, Y.; Inada, Y.; Bando, K. K.; Sasaki, T.; Kamiuchi, N.; Eguchi, K.; Yagishita, A.; Nomura, M.; Tada, M.; Iwasawa, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 15833
52. Tada, M.; Uemura, Y.; Bal, R.; Inada, Y.; Nomura, M.; Iwasawa, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 5701
53. Newton, M. A.; Jyoti, B.; Dent, A. J.; Fiddy, S. G.; Evans, J. Chem. Commun. 2004, 21, 2382
54. Alayon, E. M. C.; Singh, J.; Nachtegaal, M.; Harfouche, M.; van Bokhoven, J. A. J. Catal. 2009, 263, 228
55. Nikitenko, S.; Beale, A. M.; van der Eerden, A. M. J.; Jacques, S. D. M.; Leynaud, O.; O'Brien, M. G.; Detollenaere, D.; Kaptein, R.; Weckhuysen, B. M.; Bras, W. J. Synchrotron Radiat. 2008, 15, 632
56. Lamberti, C.; Pretipino, C.; Bonino, F.; Capello, L.; Bordiga, S.; Spoto, G.; Zecchina, A.; Moreno, S. D.; Cremaschi, B.; Garilli, M.; Marsella, A.; Carmello, D.; Vidotto, S.; Leofanti, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 2341
57. Muddada, N. B.; Olsbye, U.; Caccialupi, L.; Cavani, F.; Leofanti, G.; Gianolio, D.; Bordiga, S.; Lamberti, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 5605
58. Newton, M. A.; Belver-Colderia, C.; Martínez-Arias, A.; Fernández-García, M. Nat. Mater. 2007, 6, 528
59. Newton, M. A.; van Beek, W. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4845
60. Newton, M. A. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 2644
61. Nagai, Y.; Dohmae, K.; Ikeda, Y.; Takagi, N.; Tanabe, T.; Hara, N.; Guilera, G.; Pascarelli, S.; Newton, M. A.; Kuno, O.; Jiang, H.; Shinjoh, H.; Matsumoto, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 9303
62. Hashimasa, Y.; Numata, T.; Moriya, K.; Watanabe, S. JARI Res. J. 2002, 24, 455
63. Hara, T.; Tanaka, T.; Seike, T.; Bizen, T.; Maréchal, X.; Kohda, T.; Inoue, K.; Oka, T.; Suzuki, T.; Yagi, N.; Kitamura, H. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 2001, 467-468, 165
64. Uruga, T.; Tanida, H.; Inoue, K.; Yamazaki, H.; Irie, T. In Proceedings of the 13th International Conference on X-Ray Absorption Fine Structure, Stanford, CA, July 9-14, 2006; American Institute of Physics: College Park, MD, 2006.
65. Newville, M.; Ravel, B.; Haskel, D.; Rehr, J. J.; Stern, E. A.; Yacoby, Y. Phys. B 1995, 208-209, 154
66. Ravel, B.; Newville, M. J. Synchrotron Radiat. 2005, 12:4, 537
67. Davey, W. P. Phys. Rev. 1925, 25, 753
68. Muller, O.; Roy, R. J. Less-Common Met. 1968, 16, 129
69. Buschow, K. H. J.; van Engen, P. G.; Jongebreur, R. J. Magn. Magn. Mater. 1983, 38, 1
70. Mueller, S.; Scholten, P. Z. Angew. Phys. 1966, 20, 498
71. Tombs, N. C.; Rooksby, H. P. Nature 1950, 165, 442
72. Takeguchi, T.; Anzai, Y.; Kikuchi, R.; Eguchi, K.; Ueda, W. J. Electrochem. Soc. 2007, 154, B1132
73. Principi, E.; Witowska, A.; Dsoke, S.; Marassi, R.; Di Cicco, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 9987
74. Watanabe, M.; Tsurumi, K.; Mizukami, T.; Nakamura, T.; P. Stonehart, P. J.Electrochem. Soc. 1994, 141, 2659
75. Greco, G.; Witowska, A.; Principi, E.; Minicucci, M.; Di Cicco, A. Phys. Rev. B 2011, 83, 134103
76. Ogasawara, H.; Brena, B.; Nordlund, D.; Nyberg, M.; Pelmenschikov, A.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 276102
77. Wakisaka, M.; Suzuki, H.; Mitsui, S.; Uchida, H.; Watanabe, M. Langmuir 2009, 25, 1897
78. Bondarenko, A. S.; Stephens, I. E. L.; Hansen, H. A.; Pérez-Alonso, F. J.; Tripkovic, V.; Johansson, T. P.; Rossmeisl, J.; Nørskov, J. K.; Chorkendorff, I. Langmuir 2011, 27, 2058
79. Burke, L. D.; Burkley, D. T. J. Electroanal. Chem. 1994, 366, 239