Metal-free doped carbon materials as electrocatalysts for the oxygen reduction reaction

Journal of Materials Chemistry A

Volumn 2, Issue 12, 2014, Pages 4085-4110

  Daems, Nick ^a   Sheng, Xia ^a   Vankelecom, Ivo F J ^a   Pescarmona, Paolo P ^a  

^a UNIVERSITY OF LEUVEN   (Belgium)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARACTERIZATION TECHNIQUES; HIGH CONDUCTIVITY; HIGH SURFACE AREA; ORDERED MESOPOROUS CARBON; OXYGEN REDUCTION REACTION; PHYSICOCHEMICAL PROPERTY; POSSIBLE MECHANISMS; PT/C ELECTROCATALYSTS;

DOPING (ADDITIVES); ELECTROCATALYSTS; ELECTROLYSIS; ELECTROLYTIC REDUCTION; FUEL CELLS; GRAPHITE; SYNTHESIS (CHEMICAL);

MESOPOROUS MATERIALS;

EID: 84897620906     PISSN: 20507488     EISSN: 20507496     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3ta14043a     Document Type: Article

References (166)

1. X.-Z. Yuan and H. Wang, in PEM Fuel Cell Electrocatalysts and Catalyst Layers: Fundamentals and Applications, ed., J. Zhang, Springer, 2008, ch. 1
2. Y. Shao J. Sui G. Yin Y. Gao Appl. Catal., B 2008 79 89
3. C. W. B. Bezerra L. Zhang K. Lee H. Liu A. L. B. Marques E. P. Marques H. Wang J. Zhang Electrochim. Acta 2008 53 4937
4. Y. Y. Shao G. P. Yin J. Zhang Y. Z. Gao Electrochim. Acta 2006 51 5853
5. Y. Shao G. Yin Y. Gao J. Power Sources 2007 171 558
6. L. Zhang Z. Xia J. Phys. Chem. C 2011 115 11170
7. P. H. Matter U. S. Ozkan Catal. Lett. 2006 109 115
8. W. Wang R. Wang S. Ji H. Feng H. Wang Z. Fei J. Power Sources 2010 195 3498
9. G. S. Karlberg Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006 74 153414
10. R. Jasinski Nature 1964 201 1212
11. R. Jasinski J. Electrochem. Soc. 1965 112 526
12. J. P. Dodelt, Oxygen reduction in PEM fuel cell conditions: heat-treated non-precious metal-N4 macrocycles and beyond, in N4-macrocyclic metal complexes, Springer, USA, 2006, p. 83
13. A. L. Bouwkamp-Wijnoltz W. Visscher J. A. R. Van Veen S. C. Tang Electrochim. Acta 1999 45 379
14. A. Biloul O. Contamin G. Scarbeck M. Savy B. Palys J. Riga J. J. Verbist J. Electroanal. Chem. 1990 289 189
15. A. Biloul F. Coowar O. Contamin G. Scarbeck M. Savy D. van den Ham J. Riga J. J. Verbist J. Electroanal. Chem. 1992 328 219
16. A. Biloul O. Contamin G. Scarbeck M. Savy D. van den Ham J. Riga J. J. Verbist J. Electroanal. Chem. 1992 335 163
17. A. Biloul F. Coowar O. Contamin G. Scarbeck M. Savy D. van den Ham J. Riga J. J. Verbist J. Electroanal. Chem. 1993 350 189
18. A. Biloul O. Contamin G. Scarbeck M. Savy B. Palys J. Riga J. J. Verbist J. Electroanal. Chem. 1994 365 239
19. M. Lefèvre J. P. Dodelet P. Bertrand J. Phys. Chem. B 2002 106 8705
20. T. S. Olson S. Pylypenko P. Atanassov K. Asazawa K. Yamada H. Tanaka J. Phys. Chem. C 2010 114 5049
21. H. Schulenburg S. Stankov V. Schünemann J. Radnik I. Dorbandt S. Fiechter P. Bogdanoff H. Tributsch J. Phys. Chem. B 2003 107 9034
22. J. A. R. van Veen H. A. Colijn J. F. van Baar Electrochim. Acta 1988 33 801
23. K. Wiesener Electrochim. Acta 1986 31 1073
24. E. B. Yeager Electrochim. Acta 1984 29 1527
25. A. Van Der Putten A. Elzing W. Visscher E. Barendrecht J. Electroanal. Chem. 1986 205 233
26. B. Wang J. Power Sources 2005 152 1
27. V. S. Bagotzky M. R. Tarasevich K. A. Radyushkina O. A. Levina S. I. Andrusyova J. Power Sources 1978 2 233
28. R. Liu D. Wu X. Feng K. Müllen Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 2565
29. H. Wang T. Maiyalagan X. Wang ACS Catal. 2012 2 781
30. Z. Jin J. Yao C. Kitrell J. M. Tour ACS Nano 2011 5 4112
31. T. Sharifi G. Hu X. Jia T. Wagberg ACS Nano 2012 6 8904
32. G. Liu X. Li P. Ganesan B. N. Popov Electrochim. Acta 2010 55 2853
33. D. Higgins Z. Chen Z. Chen Electrochim. Acta 2011 56 1570
34. C. H. Choi S. H. Park S. I. Woo ACS Nano 2012 6 7084
35. K. R. Lee K. U. Lee J. W. Lee B. T. Ahn S. I. Woo Electrochem. Commun. 2010 12 1052
36. N. P. Subramanian X. Li V. Nallathambi S. P. Kumaraguru H. Colon-Mercado G. Wu J. W. Lee B. N. Popov J. Power Sources 2009 188 38
37. Z. Luo S. Lim Z. Tian J. Shang L. Lai B. MacDonald C. Fu Z. Shen T. Yu J. Lin J. Mater. Chem. 2011 21 8038
38. H. Niwa K. Horiba Y. Harada M. Oshima T. Ikeda K. Terakura J. Ozaki S. Miyata J. Power Sources 2009 187 93
39. H. Kim K. Lee S. I. Woo Y. Jung Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 17505
40. Z. Ma H. Ming H. Huang Y. Liu Z. Kang New J. Chem. 2012 36 861
41. A. L. Dicks J. Power Sources 2006 156 128
42. L. Qu Y. Liu J. B. Baek L. Dai ACS Nano 2010 4 1321
43. D. Wei Y. Liu Y. Wang H. Zhang L. Huang G. Yu Nano Lett. 2009 9 1752
44. G. Imamura K. Saiki J. Phys. Chem. C 2011 115 10000
45. Z. W. Liu F. Peng H. J. Wang H. Yu W. X. Zheng J. Yang Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 3257
46. M. Kawaguchi T. Kawashima T. Nakajima Chem. Mater. 1996 8 1197
47. L. S. Panchakarla K. S. Subrahmanyam S. K. Saha A. Govindaraj H. R. Krishnamurthy U. V. Waghmare C. N. R. Rao Adv. Mater. 2009 21 4726
48. N. Li Z. Wang K. Zhao Z. Shi Z. Gu S. Xu Carbon 2010 48 255
49. C. Zhang L. Fu N. Liu M. Liu Y. Wang Z. Liu Adv. Mater. 2011 23 1020
50. D. Deng X. Pan L. Yu Y. Cui Y. Jiang J. Qi W. X. Li Q. Fu X. Ma Q. Xue G. Sun X. Bao Chem. Mater. 2011 23 1188
51. S. Liu J. Tian L. Wang Y. Zhang Y. Luo A. M. Asiri A. O. Al-Youbi X. Sun RSC Adv. 2012 2 4632
52. X. Wang X. Li L. Zhang Y. Yoon P. K. Weber H. Wang J. Guo H. Dai Science 2009 324 768
53. X. Li H. Wang J. T. Robinson H. Sanchez G. Diankov H. Dai J. Am. Chem. Soc. 2009 131 15939
54. D. Geng Y. Chen Y. Chen Y. Li R. Li X. Sun S. Ye S. Knights Energy Environ. Sci. 2011 4 760
55. Z. H. Sheng L. Shao J. J. Chen W. J. Bao F. B. Wang X. H. Xia ACS Nano 2011 5 4350
56. Z. H. Sheng H. L. Gao W. J. Bao F. B. Wang X. H. Xia J. Mater. Chem. 2012 22 390
57. Z. Yang Z. Yao G. Li G. Fang H. Nie Z. Liu X. Zhou X. Chen S. Huang ACS Nano 2012 6 205
58. Z. Yao H. Nie Z. Yang X. Zhou Z. Liu S. Huang Chem. Commun. 2012 48 1027
59. D. Long W. Li L. Ling J. Miyawaki I. Mochida S. H. Yoon Langmuir 2010 26 16096
60. Y. Wang Y. Shao D. W. Matson J. Li Y. Lin ACS Nano 2010 4 1790
61. Y. Zhang K. Fugane T. Mori L. Niu J. Ye J. Mater. Chem. 2012 22 6575
62. Z. Yang Y. Xia R. Mokaya Chem. Mater. 2005 17 4502
63. R. H. Baughman A. A. Zakhidov W. A. de Heer Science 2002 297 787
64. W. Lu R. Hartman L. Qu L. Dai J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 655
65. T. Maiyalagan B. Viswanathan Mater. Chem. Phys. 2005 93 291
66. S. van Dommele, Doctoral thesis obtained at the university of Utrecht in 2008, p. 115
67. S. van Dommele A. Romero-Izquirdo R. Brydson K. P. de Jong J. H. Bitter Carbon 2008 46 138
68. Y. Li W. Kim Y. Zhang M. Rolandi D. Wang H. Dai J. Phys. Chem. B 2001 105 11424
69. A. A. Koos M. Dowling K. Jurkschat A. Crossley N. Grobert Carbon 2009 47 30
70. H. Liu Y. Zhang R. Li X. Sun S. Désilets H. Abou-Rachid M. Jaidann L. S. Lussier Carbon 2010 48 1498
71. Z. Mo S. Liao Y. Zheng Z. Fu Carbon 2012 50 2620
72. P. H. Matter E. Wang M. Arias E. J. Biddinger U. S. Ozkan J. Mol. Catal. A: Chem. 2007 264 73
73. J. Liu R. Czerw D. L. Carroll J. Mater. Res. 2005 20 538
74. L. Roldán S. Arminese Y. Marco E. Carcía-Bordejé Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 3568
75. C. Xiong Z. Wei B. Hu S. Chen L. Li L. Guo W. Ding X. Liu W. Ji X. Wang J. Power Sources 2012 215 216
76. S. Kundu T. C. Nagaiah W. Xia Y. Wang S. Van Dommele J. H. Bitter M. Santa G. Grundmeier M. Bron W. Schuhmann M. Muhler J. Phys. Chem. C 2009 113 14302
77. Y. Ma L. Sun W. Huang L. Zhang J. Zhao Q. Fan W. Huang J. Phys. Chem. C 2011 115 24592
78. K. Gong F. Du Z. Xia M. Durstock L. Dai Science 2009 323 760
79. L. Yang S. Jiang Y. Zhao L. Zhu S. Chen X. Wang Q. Wu J. Ma Y. Ma Z. Hu Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 7132
80. S. Wang E. Iyyamperumal A. Roy Y. Xue D. Yu L. Dai Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 11756
81. D. von Deak E. J. Biddinger K. A. Luthman U. S. Ozkan Carbon 2010 48 3637
82. D. Yu Y. Xue L. Dai J. Phys. Chem. Lett. 2012 3 2863
83. E. Cruz-Silva F. López-Urías E. Muñoz-Sandoval B. G. Sumpter H. Terrones J. C. Charlier V. Meunier M. Terrones ACS Nano 2009 3 1913
84. M. Glerup J. Steinmetz D. Samaille O. Stephan S. Enouz A. Loiseau S. Roth P. Bernier Chem. Phys. Lett. 2004 387 193
85. B. Wang Y. Ma Y. Wu N. Li Y. Huang Y. Chen Carbon 2009 47 2112
86. H. Lin R. Arenal S. Enouz-Vedrenne O. Stephan A. Loiseau J. Phys. Chem. C 2009 113 9509
87. S. Maldonado K. J. Stevenson J. Phys. Chem. B 2004 108 11375
88. L. Feng Y. Yan Y. Chen L. Wang Energy Environ. Sci. 2011 4 1892
89. C. V. Rao Y. Ishikawa J. Phys. Chem. C 2012 116 4340
90. C. V. Rao C. R. Cabrera Y. Ishikawa J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 2622
91. J. Jang J. H. Oh Chem. Commun. 2004 882
92. D. Yu Q. Zhang L. Dai J. Am. Chem. Soc. 2010 132 15127
93. T. C. Nagaiah S. Kundu M. Bron M. Muhler W. Schuhmann Electrochem. Commun. 2010 12 338
94. F. Xu M. Minniti P. Barone A. Sindona A. Bonanno A. Oliva Carbon 2008 46 1489
95. X. Wang J. S. Lee Q. Zhu J. Liu Y. Wang S. Dai Chem. Mater. 2010 22 2178
96. Y. Xia R. Mokaya Chem. Mater. 2005 17 1553
97. C. M. Yang C. Weidenthaler B. Spliethoff M. Mayanna F. Schüth Chem. Mater. 2005 17 355
98. F. Zheng G. Mu Z. Zhang Y. Shen M. Zhao G. Pang Mater. Lett. 2012 68 453
99. H. Chang S. H. Joo C. Pak J. Mater. Chem. 2007 17 3078
100. L. Liu Q. F. Deng T. Y. Ma X. Z. Lin X. X. Hou Y. P. Liu Z. Y. Yuan J. Mater. Chem. 2011 21 16001
101. T. Y. Ma L. Liu Z. Y. Yuan Chem. Soc. Rev. 2013 42 3977
102. Y. Meng D. Gu F. Zhang Y. Shi L. Cheng D. Feng Z. Wu Z. Cheng Y. Wan A. Stein D. Zhao Angew. Chem., Int. Ed. 2005 18 4447
103. F. Zhang Y. Meng D. Gu Y. Yan C. Yu B. Tu D. Zhao J. Am. Chem. Soc. 2005 39 13508
104. C. Liang S. Dai J. Am. Chem. Soc. 2006 128 5316
105. C. Liang K. Hong G. A. Guiochon J. W. Mays S. Dai Angew. Chem., Int. Ed. 2004 43 5785
106. P. X. Hou H. Orikasa T. Yamazaki K. Matsuoka A. Tomita N. Setoyama Y. Fukushima T. Kyotani Chem. Mater. 2005 17 5187
107. Y. Xia R. Mokaya Adv. Mater. 2004 16 1553
108. A. Lu A. Kiefer W. Schmidt F. Schüth Chem. Mater. 2004 16 100
109. S. Shrestha W. E. Mustain J. Electrochem. Soc. 2010 157 1665
110. T. C. Drage A. Arenillas K. M. Smith C. Pevida S. Piippo C. E. Snape Fuel 2007 86 22
111. D. Kumar K. Schumacher C. du Fresne von Hohenesche M. Grün K. K. Unger Colloids Surf., A 2001 187-188 109
112. T.-W. Kim F. Kleitz B. Paul R. Ryoo J. Am. Chem. Soc. 2005 127 7601
113. A. Vinu S. Anandan C. Anand P. Srinivasu K. Ariga T. Mori Microporous Mesoporous Mater. 2008 109 398
114. B. Wang T. P. Ang A. Borgna Microporous Mesoporous Mater. 2012 158 99
115. D. S. Yang D. Bhattacharjya S. Inamdar J. Park J. S. Yu J. Am. Chem. Soc. 2012 134 16127
116. A. Vinu Adv. Funct. Mater. 2008 18 816
117. K. K. R. Datta V. V. Balasubramanian K. Ariga T. Mori A. Vinu Chem.-Eur. J. 2011 17 3390
118. X. Jin V. V. Balasubramanian S. T. Selvan D. P. Sawant M. A. Chari G. Q. Lu A. Vinu Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 7884
119. P. H. Matter L. Zhang U. S. Ozkan J. Catal. 2006 239 83
120. H. Niwa M. Kobayashi K. Horiba Y. Harada M. Oshima K. Terakura T. Ikeda Y. Koshigoe J. I. Ozaki S. Miyata S. Ueda Y. Yamashita H. Yoshikawa K. Kobayashi J. Power Sources 2011 196 1006
121. Y. Shao S. Zhang M. H. Engelhard G. Li G. Shao Y. Wang J. Liu I. A. Aksay Y. Lin J. Mater. Chem. 2010 20 7491
122. Z. Chen D. Higgins H. Tao R. S. Hsu Z. Chen J. Phys. Chem. C 2009 113 21008
123. C. H. Choi S. H. Park S. I. Woo J. Mater. Chem. 2012 22 12107
124. C. Zhang R. Hao H. Liao Y. Hou Nano Energy 2013 2 88
125. T. Iwazaki R. Obinata W. Sugimoto Y. Takasu Electrochem. Commun. 2009 11 376
126. J. Liu S. Webster D. L. Carroll J. Phys. Chem. B 2005 109 15769
127. L. Lai J. R. Potts D. Zhan L. Wang C. K. Poh C. Tang H. Gong Z. Shen J. Lin R. S. Ruoff Energy Environ. Sci. 2012 5 7936
128. Z. Lin G. Waller Y. Liu M. Liu C. P. Wong Adv. Energy Mater. 2012 2 884
129. S. Kundu W. Xia W. Busser M. Becker D. A. Schmidt M. Havenith M. Muhler Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 4351
130. Y. J. Cho H. S. Kim S. Y. Baik Y. Myung C. S. Jung C. H. Kim J. Park H. S. Kang J. Phys. Chem. C 2011 115 3737
131. C. H. Choi M. W. Chung S. H. Park S. I. Woo Phys. Chem. Chem. Phys. 2013 15 1802
132. K. N. Kudin B. Ozbas H. C. Schnieep R. K. Prud'homme I. A. Aksay R. Car Nano Lett. 2008 1 36
133. H. Wang J. You L. Want M. Feng Y. Wang J. Raman Spectrosc. 2010 41 125
134. S. Costa E. Borowiak-Palen M. kruszynska A. Bachmatiuk R. J. Kalenczuk Mater. Sci. 2008 26 433
135. Z. Lei D. Bai X. S. Zhao Microporous Mesoporous Mater. 2012 147 86
136. S. Mukerjee J. Ziegelbauer T. Arruda D. Ramaker B. Shyam J. Electrochem. Soc. 2008 17 46
137. S. C. Ray Z. N. Tetana R. Erasmus W. F. Pong N. J. Coville Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2013 10.1007/s00339-013-7853-6
138. D. Singh I. I. Soykal J. Tian D. von Deak J. King J. T. Miller U. S. Ozkan J. Catal. 2013 204 100
139. J. Gebhardt R. J. Koch W. Zao O. Höfert K. Gotterbarm S. Mammadov C. Papp A. Görling H. P. Steinrück T. Seyller Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013 87 155437
140. R. J. Koch M. Weser W. Zhao F. Viñes K. Gotterbarm S. M. Kozlov O. Höfert M. Ostler C. Papp J. Gebhardt H. P. Steinrück A. Görling T. Seyller Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012 86 075401
141. B. Wouters X. Sheng A. Boschin T. Breugelmans E. Ahlberg F. J. I. Vankelecom P. P. Pescarmona A. Hubin Electrochim. Acta 2013 111 405 410
142. H. S. Oh J. G. Oh W. H. Lee H. J. Kim H. Kim Int. J. Hydrogen Energy 2011 36 8181
143. N. Gavrilov I. A. Pasti M. Mitric J. Travas-Sejdic G. Ciric-Marjanovic S. V. Mentus J. Power Sources 2012 220 306
144. I. Jeon D. Yu S. Y. Bae H. J. Choi D. W. Chang L. Dai J. B. Baek Chem. Mater. 2011 23 3987
145. N. Alexeyeva E. Shulga V. Kisand I. Kink K. Tammeveski J. Electroanal. Chem. 2010 648 169
146. L. Zhang J. Niu L. Dai Z. Xia Langmuir 2012 28 7542
147. E. J. Biddinger U. S. Ozkan J. Phys. Chem. C 2010 114 15306
148. J. Ozaki N. Kimura T. Anahara A. Oya Carbon 2007 45 1847
149. T. P. Fellinger F. Hasché P. Strasser M. Antonietti J. Am. Chem. Soc. 2012 134 4072
150. A. Zhao J. Masa M. Muhler W. Schuhmann W. Xia Electrochim. Acta 2013 98 139
151. J. D. Wiggins-Camacho K. J. Stevenson J. Phys. Chem. C 2011 115 20002
152. T. Ikeda M. Boero S. Huang K. Terakura M. Oshima J. Ozaki J. Phys. Chem. C 2008 112 14706
153. Y. Okamoto Appl. Surf. Sci. 2009 256 335
154. R. A. Sidik A. B. Anderson N. P. Subramanian S. P. Kumaraguru B. N. Popov J. Phys. Chem. B 2006 110 1787
155. S. Wang L. Zhang Z. Xia A. Roy D. W. Chang J.-B. Baek L. Dai Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 4209
156. J. Liang Y. Jiao M. Jaroniec S. Z. Qiao Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 11496
157. P. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M. Weller and F. Armstrong, Inorganic Chemistry, Oxford University Press, 4th edn, 2006, ch. 15, p. 387
158. S. A. Wohlgemuth R. J. White M. G. Willinger M. M. Titirici M. Antonietti Green Chem. 2012 14 1515
159. P. Ayala A. Grüneis T. Gemming D. Grimm C. Kramberger M. H. Rümmeli F. L. Freire H. Kuzmany R. Pfeiffer A. Barreiro B. Büchner T. Pichler J. Phys. Chem. C 2007 111 2879
160. S. Maldonado K. J. Stevenson J. Phys. Chem. B 2005 109 4707
161. K. A. Kurak A. B. Anderson J. Phys. Chem. C 2009 113 6730
162. J. K. Norskov J. Rossmeisl A. Logadottir L. Lindqvist J. R. Kitchin T. Bligaard H. Jónsson J. Phys. Chem. B 2004 108 17886
163. J. S. Park S. H. Park S. D. Yim Y. G. Yoon W. Y. Lee C. S. Kim J. Power Sources 2008 178 620
164. E. Agel J. Bouet J. F. Fauvarque J. Power Sources 2001 101 267 274
165. S. van Dommele K. P. de Jong J. H. Bitter Chem. Commun. 2006 4859
166. J. H. Bitter J. Mater. Chem. 2010 20 7312