Rutile (β-)MnO2 surfaces and vacancy formation for high electrochemical and catalytic performance

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 4, 2014, Pages 1418-1426

  Tompsett, David A ^a   Parker, Stephen C ^a   Islam, M Saiful ^a  

^a University of Bath Claverton Down   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYTIC PERFORMANCE; CRYSTALLITE SURFACES; EQUILIBRIUM MORPHOLOGY; FORMATION ENERGIES; OXYGEN VACANCY DEFECTS; ROD-LIKE MORPHOLOGY; VACANCY FORMATION; WULFF CONSTRUCTION;

CATALYST ACTIVITY; ELECTRONIC STRUCTURE; MAGNETIC MOMENTS; MANGANESE; MANGANESE OXIDE; MORPHOLOGY; NANOWIRES; OXIDE MINERALS; VACANCIES;

SURFACES;

MANGANESE; MANGANESE DIOXIDE; NANOWIRE; OXYGEN; RUTILE(BETA)MANGANESE DIOXIDE; TITANIUM DIOXIDE; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; CATALYSIS; CHEMICAL STRUCTURE; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTROCHEMISTRY; ENERGY;

EID: 84893449444     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja4092962     Document Type: Article

References (98)

1. Arico, A. S.; Bruce, P. G.; Scrosati, B.; Tarascon, J. M.; Van Schalkwijk, W. Nat. Mater. 2005, 4, 366
2. Jiao, F.; Bruce, P. G. Adv. Mater. 2007, 19, 657
3. Ren, Y. Ph.D. Thesis, University of St. Andrews, U.K., 2010.
4. Lang, X.; Hirata, A.; Fujita, T.; Chen, M. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 232
5. Subramanian, V.; Zhu, H.; Vajtai, R.; Ajayan, P. M.; Wei, B. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 20207
6. Zhang, H.; Cao, G.; Wang, Z.; Yang, Y.; Shi, Z.; Gu, Z. Nano Lett. 2008, 8, 2664
7. Andreozzi, R.; Insola, A.; Caprio, V.; Marotta, R.; Tufano, V. Appl. Catal., A 1996, 138, 75
8. Debart, A.; Paterson, A. J.; Bao, J.; Bruce, P. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 4521
9. Thackeray, M. M.; Johnson, C. S.; Vaughey, J. T.; Li, N.; Hackney, S. A. J. Mater. Chem. 2005, 15, 2257
10. Kijima, N.; Sakata, Y.; Takahashi, Y.; Akimoto, J.; Kumagai, T.; Igarashi, K.; Shimizu, T. Solid State Ionics 2009, 180, 616
11. Luo, J.-Y.; Zhang, J.-J.; Xia, Y.-Y. Chem. Mater. 2006, 18, 5618
12. Mathew, V.; Lim, J.; Kang, J.; Gim, J.; Rai, A. K.; Kim, J. Electrochem. Commun. 2011, 13, 730
13. Cheng, F.; Zhao, J.; Song, W.; Li, C.; Ma, H.; Chen, J.; Shen, P. Inorg. Chem. 2006, 45, 2038
14. Tang, W.; Yang, X.; Liu, Z.; Ooi, K. J. Mater. Chem. 2003, 13, 2989
15. Ren, Y.; Armstrong, A. R.; Jiao, F.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 996 PMID: 20039669
16. Tompsett, D. A.; Parker, S. C.; Bruce, P. G.; Islam, M. S. Chem. Mater. 2013, 25, 536
17. Devaraj, S.; Munichandraiah, N. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 4406
18. Zang, J.; Li, X. J. Mater. Chem. 2011, 21, 10965
19. Liu, X.; Xu, H.; Lu, L.; Gong, L.; Yao, W.; Qu, B. Mater. Lett. 2012, 79, 39
20. Jiang, H.; Sun, T.; Li, C.; Ma, J. J. Mater. Chem. 2012, 22, 2751
21. Dubal, D. P.; Holze, R.; Kulal, P. M. J. Mater. Sci. 2013, 48, 714
22. Zhang, X.; Yu, P.; Zhang, H.; Zhang, D.; Sun, X.; Ma, Y. Electrochim. Acta 2013, 89, 523
23. Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J.-M. Nat. Mater. 2012, 11, 19
24. Thotiyl, M. M. O.; Freunberger, S. A.; Peng, Z.; Chen, Y.; Liu, Z.; Bruce, P. G. Nat. Mater. 2013, 12, 1049
25. Girishkumar, G.; McCloskey, B.; Luntz, A. C.; Swanson, S.; Wilcke, W. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2193
26. Ogasawara, T.; Debart, A.; Holzapfel, M.; Novak, P.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1390
27. Debart, A.; Bao, J.; Armstrong, G.; Bruce, P. G. J. Power Sources 2007, 174, 1177
28. 13th International Meeting on Lithium Batteries, Biarritz, France, June 18-23, 2006.
29. Lu, Y.-C.; Xu, Z.; Gasteiger, H. A.; Chen, S.; Hamad-Schifferli, K.; Shao-Horn, Y. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12170
30. McCloskey, B. D.; Scheffler, R.; Speidel, A.; Bethune, D. S.; Shelby, R. M.; Luntz, A. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18038
31. Thapa, A. K.; Hidaka, Y.; Hagiwara, H.; Ida, S.; Ishihara, T. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A1483
32. Freunberger, S. A.; Chen, Y.; Peng, Z.; Griffin, J. M.; Hardwick, L. J.; Bardé, F.; Novák, P.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8040
33. Xiao, J.; Hu, J.; Wang, D.; Hu, D.; Xu, W.; Graff, G. L.; Nie, Z.; Liu, J.; Zhang, J.-G. J. Power Sources 2011, 196, 5674
34. Xu, W.; Viswanathan, V. V.; Wang, D.; Towne, S. A.; Xiao, J.; Nie, Z.; Hu, D.; Zhang, J.-G. J. Power Sources 2011, 196, 3894
35. Mizuno, F.; Nakanishi, S.; Kotani, Y.; Yokoishi, S.; Iba, H. Electrochemistry 2010, 78, 403
36. 50th Battery Symposium in Japan, Kyoto, Japan, Nov 30-Dec 02, 2009.
37. Jung, H.-G.; Hassoun, J.; Park, J.-B.; Sun, Y.-K.; Scrosati, B. Nat. Chem. 2012, 4, 579
38. Peng, Z.; Freunberger, S. A.; Chen, Y.; Bruce, P. G. Science 2012, 337, 563
39. Roche, I.; Chainet, E.; Chatenet, M.; Vondrak, J. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 1434
40. Eary, L. E.; Rai, D. Environ. Sci. Technol. 1987, 21, 1187
41. Weaver, R. M.; Hochella, M. F.; Ilton, E. S. Geochim. Cosmochim. Acta 2002, 66, 4119
42. Nesbitt, H.; Canning, G.; Bancroft, G. Geochim. Cosmochim. Acta 1998, 62, 2097
43. Zhu, M.; Paul, K. W.; Kubicki, J. D.; Sparks, D. L. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 6655
44. El-Deab, M. S.; Awad, M. I.; Mohammad, A. M.; Ohsaka, T. Electrochem. Commun. 2007, 9, 2082
45. Gardner, S. D.; Hoflund, G. B.; Schryer, D. R.; Schryer, J.; Upchurch, B. T.; Kielin, E. J. Langmuir 1991, 7, 2135
46. Hoflund, G. B.; Gardner, S. D.; Schryer, D. R.; Upchurch, B. T.; Kielin, E. J. Appl. Catal. B: Environ. 1995, 6, 117
47. Busca, G.; Lietti, L.; Ramis, G.; Berti, F. Appl. Catal. B: Environ. 1998, 18, 1
48. Cheng, F.; Zhang, T.; Zhang, Y.; Du, J.; Han, X.; Chen, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 2474
49. Oku, M.; Hirokawa, K.; Ikeda, S. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1975, 7, 465
50. Tompsett, D. A.; Middlemiss, D. S.; Islam, M. S. Phys. Rev. B 2012, 86, 205126
51. Maphanga, R. R.; Parker, S. C.; Ngoepe, P. E. Surf. Sci. 2009, 603, 3184
52. Oxford, G. A. E.; Chaka, A. M. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 16992
53. Oxford, G. A. E.; Chaka, A. M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 11589
54. Li, L.; Wei, Z.; Chen, S.; Qi, X.; Ding, W.; Xia, M.; Li, R.; Xiong, K.; Deng, Z.; Gao, Y. Chem. Phys. Lett. 2012, 539, 89
55. Trahey, L.; Karan, N. K.; Chan, M. K. Y.; Lu, J.; Ren, Y.; Greeley, J.; Balasubramanian, M.; Burrell, A. K.; Curtiss, L. A.; Thackeray, M. M. Adv. Energy Mater. 2013, 3, 75
56. Franchini, C.; Bayer, V.; Podloucky, R.; Parteder, G.; Surnev, S.; Netzer, F. P. Phys. Rev. B 2006, 73, 155402
57. Mellan, T. A.; Maenetja, K. P.; Ngoepe, P. E.; Woodley, S. M.; Catlow, C. R. A.; Grau-Crespo, R. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 14879
58. Sayle, T. X.; Catlow, C. R. A.; Maphanga, R. R.; Ngoepe, P. E.; Sayle, D. C. J. Cryst. Growth 2006, 294, 118
59. Sayle, T. X. T.; Catlow, C. R. A.; Maphanga, R. R.; Ngoepe, P. E.; Sayle, D. C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12828
60. Franchini, C.; Podloucky, R.; Paier, J.; Marsman, M.; Kresse, G. Phys. Rev. B 2007, 75, 195128
61. Cockayne, E.; Li, L. Chem. Phys. Lett. 2012, 544, 53
62. Catlow, C. R. A., Ed., Computer Modelling in Inorganic Crystallography; Academic Press: San Diego, CA, 1997.
63. Hill, J. R.; Freeman, C. M.; Subramanian, L. In Reviews in Computational Chemistry; Liphowitz, K. B.; Boyd, D. B., Eds.; Wiley: New York, 2000.
64. Islam, M. A.; Fisher, C. A. J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 185
65. Maphanga, R. R.; Sayle, D. C.; Sayle, T. X. T.; Ngoepe, P. E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 1307
66. Sayle, T. X. T.; Maphanga, R. R.; Ngoepe, P. E.; Sayle, D. C. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6161
67. Watson, G. W.; Kelsey, E. T.; de Leeuw, N. H.; Harris, D. J.; Parker, S. C. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996, 92, 433
68. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169
69. Perdew, J.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865
70. Nolan, M.; Parker, S. C.; Watson, G. W. Surf. Sci. 2005, 595, 223
71. Morgan, B. J.; Watson, G. W. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 7322
72. Madsen, G. K. H.; Novak, P. Europhys. Lett. 2005, 69, 777
73. Schwarz, K.; Blaha, P. Comput. Mater. Sci. 2003, 28, 259
74. Ylvisaker, E. R.; Pickett, W. E.; Koepernik, K. Phys. Rev. B 2009, 79, 035103
75. Baur, W. Acta Crystallagr. B 1976, 32, 2200
76. Regulski, M.; Przeniosło, R.; Sosnowska, I.; Hoffmann, J.-U. J. Phys. Soc. Jpn. 2004, 73, 3444
77. Fritsch, S.; Navrotsky, A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 79, 1761
78. Zheng, D.; Sun, S.; Fan, W.; Yu, H.; Fan, C.; Cao, G.; Yin, Z.; Song, X. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16439
79. Liang, S.; Teng, F.; Bulgan, G.; Zong, R.; Zhu, Y. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5307
80. Ji, Z.-H.; Dong, B.; Liu, Y.-Q.; Liu, C.-G. Mater. Res. Bull. 2012, 47, 3377
81. Kim, I. Y.; Ha, H.-W.; Kim, T. W.; Paik, Y.; Choy, J.-H.; Hwang, S.-J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 21274
82. Zhang, W.; Wang, H.; Yang, Z.; Wang, F. Colloids Surf., A 2007, 304, 60
83. Kalubarme, R. S.; Cho, M.-S.; Yun, K.-S.; Kim, T.-S.; Park, C.-J. Nanotechnology 2011, 22, 395402
84. Lu, X.; Zheng, D.; Zhai, T.; Liu, Z.; Huang, Y.; Xie, S.; Tong, Y. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2915
85. Wang, L.-C.; Liu, Y.-M.; Chen, M.; Cao, Y.; He; Fan, K.-N. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 6981
86. Jia, Y.; Xu, J.; Zhou, L.; Liu, H.; Hu, Y. Mater. Lett. 2008, 62, 1336
87. Zhang, X.; Yang, W.; Yang, J.; Evans, D. G. J. Cryst. Growth 2008, 310, 716
88. Guan, H.; Chen, G.; Zhu, J.; Wang, Y. J. Alloys Compd. 2010, 507, 126
89. Qian, D.; Hinuma, Y.; Chen, H.; Du, L.-S.; Carroll, K. J.; Ceder, G.; Grey, C. P.; Meng, Y. S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6096
90. Stampfl, C.; Ganduglia-Pirovano, M. V.; Reuter, K.; Scheffler, M. Surf. Sci. 2002, 500, 368
91. Hummelshoj, J. S.; Blomqvist, J.; Datta, S.; Vegge, T.; Rossmeisl, J.; Thygesen, K. S.; Luntz, A. C.; Jacobsen, K. W.; Norskov, J. K. J. Chem. Phys. 2010, 132, 071101
92. Xu, Y.; Shelton, W. A. J. Chem. Phys. 2010, 133, 024703
93. Xu, Y.; Shelton, W. A. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A1177
94. Ganduglia-Pirovano, M. V.; Hofmann, A.; Sauer, J. Surf. Sci. Rep. 2007, 62, 219
95. Poinsignon, C.; Djurado, E.; Klein, H.; Strobel, P.; Thomas, F. Electrochim. Acta 2006, 51, 3076
96. Sato, H.; Enoki, T.; Isobe, M.; Ueda, Y. Phys. Rev. B 2000, 61, 3563
97. Luo, F.; Song, W.; Yan, C.-H. Chem. Phys. Lett. 2006, 431, 337
98. Radin, M. D.; Rodriguez, J. F.; Tian, F.; Siegel, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1093