Origin of the electrocatalytic oxygen reduction activity of graphene-based catalysts: A roadmap to achieve the best performance

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 11, 2014, Pages 4394-4403

  Jiao, Yan ^a   Zheng, Yao ^a,b   Jaroniec, Mietek ^c   Qiao, Shi Zhang ^a  

^a UNIVERSITY OF ADELAIDE   (Australia)

^b UNIVERSITY OF QUEENSLAND   (Australia)

^c KENT STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTROCATALYSIS; ELECTROCATALYSTS; ELECTROLYTIC REDUCTION; ENERGY CONVERSION; GRAPHENE; MOLECULAR ORBITALS; NONMETALS; VOLCANOES;

ADSORPTION FREE ENERGY; ELECTROCATALYTIC ACTIVITY; ELECTROCATALYTIC OXYGEN REDUCTION; ELECTROCHEMICAL MEASUREMENTS; EXCHANGE CURRENT DENSITIES; METAL-FREE ELECTROCATALYSTS; OXYGEN EVOLUTION REACTION; OXYGEN REDUCTION REACTION;

CATALYST ACTIVITY;

GRAPHENE; OXYGEN;

ADSORPTION; ARTICLE; CALCULATION; CATALYST; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTROCHEMICAL ANALYSIS; ENERGY CONVERSION; EXPERIMENTAL STUDY; HYDROGEN EVOLUTION; OXYGEN EVOLUTION; REDUCTION; SYNTHESIS;

EID: 84896510163     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja500432h     Document Type: Article

References (61)

1. Yang, X. W.; Cheng, C.; Wang, Y. F.; Qiu, L.; Li, D. Science 2013, 341, 534
2. Qu, L. T.; Liu, Y.; Baek, J. B.; Dai, L. M. ACS Nano 2010, 4, 1321
3. Gong, K. P.; Du, F.; Xia, Z. H.; Durstock, M.; Dai, L. M. Science 2009, 323, 760
4. Su, C. L.; Acik, M.; Takai, K.; Lu, J.; Hao, S. J.; Zheng, Y.; Wu, P. P.; Bao, Q. L.; Enoki, T.; Chabal, Y. J.; Loh, K. P. Nat. Commun. 2012, 3
5. Su, D. S.; Zhang, J.; Frank, B.; Thomas, A.; Wang, X. C.; Paraknowitsch, J.; Schlogl, R. ChemSusChem 2010, 3, 169
6. Brownson, D. A. C.; Kampouris, D. K.; Banks, C. E. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 6944
7. Chen, D.; Tang, L. H.; Li, J. H. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3157
8. Li, Y. G.; Zhou, W.; Wang, H. L.; Xie, L. M.; Liang, Y. Y.; Wei, F.; Idrobo, J. C.; Pennycook, S. J.; Dai, H. J. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 394
9. Yu, L.; Pan, X. L.; Cao, X. M.; Hu, P.; Bao, X. H. J. Catal. 2011, 282, 183
10. Wang, H.; Maiyalagan, T.; Wang, X. ACS Catal. 2012, 2, 781
11. Zheng, Y.; Jiao, Y.; Jaroniec, M.; Jin, Y.; Qiao, S. Z. Small 2012, 8, 3550
12. Dai, L.; Chang, D. W.; Baek, J.-B.; Lu, W. Small 2012, 8, 1130
13. Shao, Y.; Sui, J.; Yin, G.; Gao, Y. Appl. Catal., B 2008, 79, 89
14. Yu, D.; Nagelli, E.; Du, F.; Dai, L. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2165
15. Sheng, Z. H.; Gao, H. L.; Bao, W. J.; Wang, F. B.; Xia, X. H. J. Mater. Chem. 2012, 22, 390
16. Yang, S. B.; Zhi, L. J.; Tang, K.; Feng, X. L.; Maier, J.; Mullen, K. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3634
17. Li, R.; Wei, Z. D.; Gou, X. L.; Xu, W. RSC Adv. 2013, 3, 9978
18. Choi, C. H.; Park, S. H.; Woo, S. I. ACS Nano 2012, 6, 7084
19. Deng, D. H.; Yu, L.; Pan, X. L.; Wang, S.; Chen, X. Q.; Hu, P.; Sun, L. X.; Bao, X. H. Chem. Commun. 2011, 47, 10016
20. Zheng, Y.; Jiao, Y.; Ge, L.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 3110
21. Wang, S. Y.; Zhang, L. P.; Xia, Z. H.; Roy, A.; Chang, D. W.; Baek, J. B.; Dai, L. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 4209
22. Wang, L.; Ambrosi, A.; Pumera, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 13818
23. Ramaswamy, N.; Tylus, U.; Jia, Q. Y.; Mukerjee, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15443
24. Mukerjee, S.; Srinivasan, S.; Soriaga, M. P.; Mcbreen, J. J. Electrochem. Soc. 1995, 142, 1409
25. Norskov, J. K.; Bligaard, T.; Rossmeisl, J.; Christensen, C. H. Nat. Chem. 2009, 1, 37
26. Norskov, J. K.; Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Lindqvist, L.; Kitchin, J. R.; Bligaard, T.; Jonsson, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 17886
27. Lima, F. H. B.; Zhang, J.; Shao, M. H.; Sasaki, K.; Vukmirovic, M. B.; Ticianelli, E. A.; Adzic, R. R. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 404
28. Shao, M. H.; Liu, P.; Zhang, J. L.; Adzic, R. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 6772
29. Greeley, J.; Stephens, I. E. L.; Bondarenko, A. S.; Johansson, T. P.; Hansen, H. A.; Jaramillo, T. F.; Rossmeisl, J.; Chorkendorff, I.; Norskov, J. K. Nat. Chem. 2009, 1, 552
30. Friebel, D.; Viswanathan, V.; Miller, D. J.; Anniyev, T.; Ogasawara, H.; Larsen, A. H.; O'Grady, C. P.; Norskov, J. K.; Nilsson, A. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9664
31. Stamenkovic, V.; Mun, B. S.; Mayrhofer, K. J. J.; Ross, P. N.; Markovic, N. M.; Rossmeisl, J.; Greeley, J.; Norskov, J. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 2897
32. Zhang, L.; Iyyamperumal, R.; Yancey, D. F.; Crooks, R. M.; Henkelman, G. ACS Nano 2013, 7, 9168
33. Greeley, J.; Markovic, N. M. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9246
34. Stamenkovic, V. R.; Mun, B. S.; Arenz, M.; Mayrhofer, K. J. J.; Lucas, C. A.; Wang, G. F.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2007, 6, 241
35. Li, D.; Muller, M. B.; Gilje, S.; Kaner, R. B.; Wallace, G. G. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 101
36. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications; Wiley: New York, 2000.
37. Liu, C. L.; Hu, C.-C.; Wu, S.-H.; Wu, T.-H. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, H547
38. Frisch, M. J.; Gaussian; Gaussian, Inc.: Wallingford CT, 2009.
39. Tomasi, J.; Mennucci, B.; Cammi, R. Chem. Rev. 2005, 105, 2999
40. Jones, R. O.; Gunnarsson, O. Rev. Mod. Phys. 1989, 61, 689
41. Tarasevich, M. R.; Sadkowski, A. In Kinetics and Mechanisms of Electrode Processes; Conway, B. E.; Bockris, J. O'M.; Yeager, E.; Khan, S. U. M.; White, R. E., Eds.; Comprehensive Treatise of Electrochemistry, Vol. 7; Plenum Press: New York: 1983; p 301.
42. Zhang, T.; Anderson, A. B. Electrochim. Acta 2007, 53, 982
43. Yan, H. J.; Xu, B.; Shi, S. Q.; Ouyang, C. Y. J. Appl. Phys. 2012, 112
44. Paraknowitsch, J. P.; Thomas, A. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2839
45. Yang, Z.; Nie, H.; Chen, X. a.; Chen, X.; Huang, S. J. Power Sources 2013, 236, 238
46. Bagri, A.; Mattevi, C.; Acik, M.; Chabal, Y. J.; Chhowalla, M.; Shenoy, V. B. Nat. Chem. 2010, 2, 581
47. Choi, C. H.; Chung, M. W.; Kwon, H. C.; Park, S. H.; Woo, S. I. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 3694
48. Liu, Z.; Peng, F.; Wang, H.; Yu, H.; Tan, J.; Zhu, L. Catal. Commun. 2011, 16, 35
49. Raymundo-Piñero, E.; Cazorla-Amorós, D.; Linares-Solano, A.; Find, J.; Wild, U.; Schlögl, R. Carbon 2002, 40, 597
50. Yang, Z.; Yao, Z.; Li, G.; Fang, G.; Nie, H.; Liu, Z.; Zhou, X.; Chen, X. a.; Huang, S. ACS Nano 2011, 6, 205
51. Sidik, R. A.; Anderson, A. B.; Subramanian, N. P.; Kumaraguru, S. P.; Popov, B. N. J. Phys. Chem. B. 2006, 110, 1787
52. Viswanathan, V.; Hansen, H. A.; Rossmeisl, J.; Norskov, J. K. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2948
53. Viswanathan, V.; Hansen, H. A.; Rossmeisl, J.; Norskov, J. K. ACS Catal. 2012, 2, 1654
54. Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Norskov, J. K. Chem. Phys. 2005, 319, 178
55. Chorkendorff, I.; Niemantsverdriet, J. W. Concepts of Modern Catalysis and Kinetics; Wiley: New York, 2007.
56. Greeley, J.; Jaramillo, T. F.; Bonde, J.; Chorkendorff, I. B.; Norskov, J. K. Nat. Mater. 2006, 5, 909
57. Scudder, P. H. Electron Flow in Organic Chemistry: A Decision-Based Guide to Organic Mechanisms; Wiley: New York, 2013.
58. Schmidt, T. J.; Stamenkovic, V.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 400
59. Damjanovic, A.; Genshaw, M. A.; Bockris, J. O. M. J. Electrochem. Soc. 1967, 114, 1107
60. Hammer, B.; Norskov, J. K. Nature 1995, 376, 238
61. Reed, A. E.; Weinhold, F. J. Chem. Phys. 1983, 78, 4066