Nanocarbon electrocatalysts for oxygen reduction in alkaline media for advanced energy conversion and storage

Advanced Energy Materials

Volumn 4, Issue 6, 2014, Pages

  Li, Qing ^a   Cao, Ruiguo ^b   Cho, Jaephil ^b   Wu, Gang ^a  

^a LOS ALAMOS NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b Ulsan National Institute of Science and Technology   (South Korea)

Author keywords

alkaline media; electrocatalysis; fuel cells; metal air batteries; oxygen reduction

Indexed keywords

CARBON; CARBONIZATION; CATALYSIS; CATHODES; DESIGN; DURABILITY; ELECTRIC BATTERIES; ELECTROCATALYSIS; ELECTROCATALYSTS; ELECTROLYTIC REDUCTION; ENERGY CONVERSION; FUEL CELLS; GAS FUEL PURIFICATION; ION EXCHANGE MEMBRANES; PRECIOUS METALS; REACTION KINETICS;

ALKALINE MEDIA; ANION-EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS; CARBON COMPOSITE MATERIALS; ELECTROCHEMICAL ENERGY CONVERSIONS; ENERGY CONVERSION AND STORAGES; METAL-AIR BATTERY; OXYGEN REDUCTION; OXYGEN REDUCTION CATALYSTS;

CATALYST ACTIVITY;

EID: 84900499115     PISSN: 16146832     EISSN: 16146840     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/aenm.201301415     Document Type: Article

References (132)

1. Y.-J. Wang, J. Qiao, R. Baker, J. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5768.
2. J. S. Lee, S. T. Kim, R. Cao, N. S. Choi, M. Liu, K. T. Lee, J. Cho, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 34.
3. K. M. Abraham, Z. Jiang, J. Electrochem. Soc. 1996, 143, 1.
4. P. G. Bruce, S. A. Freunberger, L. J. Hardwick, J.-M. Tarascon, Nat. Mater. 2012, 11, 19.
5. T. Zhang, N. Imanishi, Y. Shimonishi, A. Hirano, Y. Takeda, O. Yamamoto, N. Sammes, Chem. Commun. 2010, 46, 1661.
6. A. S. Arico, P. Bruce, B. Scrosati, J.-M. Tarascon, W. van Schalkwijk, Nat. Mater. 2005, 4, 366.
7. G. Wu, G. Cui, D. Li, P. K. Shen, N. Li, J. Mater. Chem. 2009, 19, 6581.
8. Z. Chen, D. Higgins, A. Yu, L. Zhang, J. Zhang, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3167.
9. G. Wu, K. L. More, C. M. Johnston, P. Zelenay, Science 2011, 332, 443.
10. G. Wu, C. M. Johnston, N. H. Mack, K. Artyushkova, M. Ferrandon, M. Nelson, J. S. Lezama-Pacheco, S. D. Conradson, K. L. More, D. J. Myers, P. Zelenay, J. Mater. Chem. 2011, 21, 1 1392.
11. G. Wu, N. H. Mack, W. Gao, S. Ma, R. Zhong, J. Han, J. K. Baldwin, P. Zelenay, ACS Nano 2012, 6, 9764.
12. G. Wu, M. A. Nelson, N. H. Mack, S. G. Ma, P. Sekhar, F. H. Garzon, P. Zelenay, Chem. Commun. 2010, 46, 7489.
13. G. Wu, K. L. More, P. Xu, H.-L. Wang, M. Ferrandon, A. J. Kropf, D. J. Myers, S. Ma, C. M. Johnston, P. Zelenay, Chem. Commun. 2013, 49, 3291.
14. G. Wu, Z. W. Chen, K. Artyushkova, F. H. Garzon, P. Zelenay, ECS Trans. 2008, 16, 159.
15. Q. He, Q. Li, S. Khene, X. Ren, F. E. Lõpez-Suárez, D. Lozano-Castello, A. Bueno-Lõpez, G. Wu, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 8697.
16. Q. Li, P. Xu, W. Gao, S. G. Ma, G. Q. Zhang, R. G. Cao, J. Cho, H. L. Wang, G. Wu, Adv. Mater. 2013, DOI: 10.1002/adma.201304218.
17. G. Wu, M. A. Nelson, S. Ma, H. Meng, G. Cui, P. K. Shen, Carbon 2011, 49, 3972.
18. H. T. Chung, J. H. Won, P. Zelenay, Nat. Commun. 2013, 4, 1922.
19. R. Cao, J.-S. Lee, M. Liu, J. Cho, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 816.
20. J. S. Lee, G. S. Park, H. I. Lee, S. T. Kim, R. G. Cao, M. L. Liu, J. Cho, Nano Lett. 2011, 11, 5362.
21. J. S. Lee, G. S. Park, S. T. Kim, M. L. Liu, J. Cho, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1026.
22. J. S. Lee, T. Lee, H. K. Song, J. Cho, B. S. Kim, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4148.
23. R. G. Cao, R. Thapa, H. Kim, X. D. Xu, M. Kim, Q. Li, N. Park, M. L. Liu, J. Cho, Nat. Commun. 2013, 4, 2076.
24. L. T. Qu, Y. Liu, J. B. Baek, L. M. Dai, ACS Nano 2010, 4, 1321.
25. M. Lefevre, E. Proietti, F. Jaouen, J. P. Dodelet, Science 2009, 324, 71.
26. K. Parvez, S. B. Yang, Y. Hernandez, A. Winter, A. Turchanin, X. L. Feng, K. Mullen, ACS Nano 2012, 6, 9541.
27. H. L. Wang, Y. Y. Liang, Y. G. Li, H. J. Dai, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 10969.
28. H. R. Byon, J. Suntivich, Y. Shao-Horn, Chem. Mater. 2011, 23, 3421.
29. V. Nallathambi, G. Wu, N. Subramanian, S. Kumaraguru, J. W. Lee, B. N. Popov, ECS Tran. 2007, 11, 241.
30. V. Nallathambi, J.-W. Lee, S. P. Kumaraguru, G. Wu, B. N. Popov, J. Power Sources 2008, 183, 34.
31. P. H. Matter, L. Zhang, U. S. Ozkan, J. Catal. 2006, 239, 83.
32. F. Jaouen, E. Proietti, M. Lefevre, R. Chenitz, J. P. Dodelet, G. Wu, H. T. Chung, C. M. Johnston, P. Zelenay, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 114.
33. E. Yeager, Electrochim. Acta 1984, 29, 1527.
34. G. Wu, R. Swaidan, D. Li, N. Li, Electrochim. Acta 2008, 53, 7622.
35. G. Wu, D. Li, C. Dai, D. Wang, N. Li, Langmuir 2008, 24, 3566.
36. M. D. Esrafili, Comput. Theor. Chem. 2013, 1015, 1.
37. S. Maldonado, K. J. Stevenson, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 4707.
38. G. Wu, C. Dai, D. Wang, D. Li, N. Li, J. Mater. Chem. 2010, 20, 3059.
39. G. Wu, P. Zelenay, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1878.
40. M. Seredych, T. J. Bandosz, Carbon 2014, 66, 227.
41. L. J. Yang, S. J. Jiang, Y. Zhao, L. Zhu, S. Chen, X. Z. Wang, Q. Wu, J. Ma, Y. W. Ma, Z. Hu, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7132.
42. J. Liang, Y. Jiao, M. Jaroniec, S. Z. Qiao, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 11496.
43. S. Y. Wang, E. Iyyamperumal, A. Roy, Y. H. Xue, D. S. Yu, L. M. Dai, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11756.
44. H. Wang, H. Dai, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 3088.
45. Y. Y. Liang, Y. G. Li, H. L. Wang, J. G. Zhou, J. Wang, T. Regier, H. J. Dai, Nat. Mater. 2011, 10, 780.
46. Y. Y. Liang, H. L. Wang, J. G. Zhou, Y. G. Li, J. Wang, T. Regier, H. J. Dai, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3517.
47. K. P. Gong, F. Du, Z. H. Xia, M. Durstock, L. M. Dai, Science 2009, 323, 760.
48. Y. Shao, J. Liu, Y. Wang, Y. Lin, J. Mater. Chem. 2009, 19, 46.
49. Y. Shao, G. Yin, Y. Gao, J. Power Sources 2007, 171, 558.
50. G. Wu, Y.-S. Chen, B.-Q. Xu, Electrochem. Commun. 2005, 7, 1237.
51. G. Wu, B.-Q. Xu, J. Power Sources 2007, 174, 148.
52. G. Wu, L. Li, J.-H. Li, B.-Q. Xu, J. Power Sources 2006, 155, 118.
53. L. Li, G. Wu, B.-Q. Xu, Carbon 2006, 44, 2973.
54. T. Sharifi, G. Hu, X. E. Jia, T. Wagberg, ACS Nano 2012, 6, 8904.
55. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov, Science 2004, 306, 666.
56. D. Geng, S. Yang, Y. Zhang, J. Yang, J. Liu, R. Li, T.-K. Sham, X. Sun, S. Ye, S. Knights, Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 9193.
57. Y. Y. Shao, S. Zhang, M. H. Engelhard, G. S. Li, G. C. Shao, Y. Wang, J. Liu, I. A. Aksay, Y. H. Lin, J. Mater. Chem. 2010, 20, 7491.
58. I. Y. Jeon, D. S. Yu, S. Y. Bae, H. J. Choi, D. W. Chang, L. M. Dai, J. B. Baek, Chem. Mater. 2011, 23, 3987.
59. W. Gao, L. B. Alemany, L. Ci, P. M. Ajayan, Nat. Chem. 2009, 1, 403.
60. G. Xia, N. Li, D. Li, R. Liu, C. Wang, Q. Li, X. Lü, J. S. Spendelow, J. Zhang, G. Wu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 8607.
61. C. Wu, D. Sun, Q. Li, K. B. Wu, Sens. Actuators B 2012, 168, 178.
62. 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.
63. Z. W. Liu, F. Peng, H. J. Wang, H. Yu, J. Tan, L. L. Zhu, Catal. Commun. 2011, 16, 35.
64. Z. Yang, Z. Yao, G. F. Li, G. Y. Fang, H. G. Nie, Z. Liu, X. M. Zhou, X. Chen, S. M. Huang, ACS Nano 2012, 6, 205.
65. Z. Yao, H. G. Nie, Z. Yang, X. M. Zhou, Z. Liu, S. M. Huang, Chem. Commun. 2012, 48, 1027.
66. C. H. Choi, S. H. Park, S. I. Woo, ACS Nano 2012, 6, 7084.
67. 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.
68. R. Jasinski, Nature 1964, 201, 1212.
69. S. Gupta, D. Tryk, I. Bae, W. Aldred, E. Yeager, J. Appl. Electrochem. 1989, 19, 19.
70. F. Charreteur, F. Jaouen, J.-P. Dodelet, Electrochim. Acta 2009, 54, 6622.
71. C. Medard, M. Lefevre, J. P. Dodelet, F. Jaouen, G. Lindbergh, Electrochim. Acta 2006, 51, 3202.
72. X. G. Li, B. N. Popov, T. Kawahara, H. Yanagi, J. Power Sources 2011, 196, 1717.
73. D. Ohms, S. Herzog, R. Franke, V. Neumann, K. Wiesener, S. Gamburcev, A. Kaisheva, I. Iliev, J. Power Sources 1992, 38, 327.
74. M. Ferrandon, A. J. Kropf, D. J. Myers, K. Artyushkova, U. Kramm, P. Bogdanoff, G. Wu, C. M. Johnston, P. Zelenay, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 16001.
75. X. G. Fu, Y. R. Liu, X. P. Cao, J. T. Jin, Q. Liu, J. Y. Zhang, Appl. Catal. B Environ 2013, 130, 143.
76. G. Wu, H. T. Chung, M. Nelson, K. Artyushkova, K. L. More, C. M. Johnston, P. Zelenay, ECS Trans. 2011, 41, 1709.
77. J. L. Valdes, H. Y. Cheh, J. Electrochem. Soc. 1985, 132, 2635.
78. R. R. Chen, H. X. Li, D. Chu, G. F. Wang, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20689.
79. G. Wu, N. Li, D.-R. Zhou, K. Mitsuo, B.-Q. Xu, J. Solid State Chem. 2004, 177, 3682.
80. Y. Y. Liang, H. L. Wang, P. Diao, W. Chang, G. S. Hong, Y. G. Li, M. Gong, L. M. Xie, J. G. Zhou, J. Wang, T. Z. Regier, F. Wei, H. J. Dai, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15849.
81. J. Mcbreen, Electrochim. Acta 1975, 20, 221.
82. B. Klapste, J. Vondrak, J. Velicka, Electrochim. Acta 2002, 47, 2365.
83. L. Q. Mao, D. Zhang, T. Sotomura, K. Nakatsu, N. Koshiba, T. Ohsaka, Electrochim. Acta 2003, 48, 1015.
84. J. Vondrak, B. Klapste, J. Velicka, M. Sedlarikova, J. Reiter, I. Roche, E. Chainet, J. F. Fauvarque, M. Chatenet, J. New Mater. Electrochem. Sys. 2005, 8, 209.
85. J. Vondrak, J. Reiter, J. Velicka, B. Klapste, M. Sedlarikova, J. Dvorak, J. Power Sources 2005, 146, 436.
86. M. Chatenet, F. Micoud, I. Roche, E. Chainet, J. Vondrak, Electrochim. Acta 2006, 51, 5452.
87. I. Roche, E. Chainet, M. Chatenet, J. Vondrak, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 1434.
88. I. Roche, E. Chainet, J. Vondrak, M. Chatenet, J. Appl. Electrochem. 2008, 38, 1195.
89. M. S. El-Deab, T. Ohsaka, J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A1365.
90. F. H. B. Lima, M. L. Calegaro, E. A. Ticianelli, Russ. J. Electrochem. 2006, 42, 1283.
91. F. H. B. Lima, M. L. Calegaro, E. A. Ticianelli, J. Electroanal. Chem. 2006, 590, 152.
92. F. H. B. Lima, M. L. Calegaro, E. A. Ticianelli, Electrochim. Acta 2007, 52, 3732.
93. A. C. Garcia, A. D. Herrera, E. A. Ticianelli, M. Chatenet, C. Poinsignon, J. Electrochem. Soc. 2011, 158, B290.
94. A. C. Garcia, F. H. B. Lima, E. A. Ticianelli, M. Chatenet, J. Power Sources 2013, 222, 305.
95. F. R. Nikkuni, E. A. Ticianelli, L. Dubau, M. Chatenet, Electrocatalysis 2013, 4, 104.
96. F. Moureaux, P. Stevens, M. Chatenet, Electrocatalysis 2013, 4, 123.
97. I. Roche, K. Scott, J. Appl. Electrochem. 2009, 39, 197.
98. Q. Li, P. Xu, B. Zhang, H. Tsai, J. Wang, H.-L. Wang, G. Wu, Chem. Commun. 2013, 49, 10838.
99. X. Y. Yan, X. L. Tong, Y. F. Zhang, X. D. Han, Y. Y. Wang, G. Q. Jin, Y. Qin, X. Y. Guo, Chem. Commun. 2012, 48, 1892.
100. Q. Li, P. Xu, B. Zhang, H. Tsai, S. Zheng, G. Wu, H.-L. Wang, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 13872.
101. J. Suntivich, H. A. Gasteiger, N. Yabuuchi, H. Nakanishi, J. B. Goodenough, Y. Shao-Horn, Nat. Chem. 2011, 3, 546.
102. Z. S. Wu, S. B. Yang, Y. Sun, K. Parvez, X. L. Feng, K. Mullen, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9082.
103. N. R. Elezovic, B. M. Babic, L. Gajic-Krstajic, P. Ercius, V. R. Radmilovic, N. V. Krstajic, L. M. Vracar, Electrochim. Acta 2012, 69, 239.
104. G. Girishkumar, B. McCloskey, A. C. Luntz, S. Swanson, W. Wilcke, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2193.
105. M. Park, H. Sun, H. Lee, J. Lee, J. Cho, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 780.
106. Y. Shao, F. Ding, J. Xiao, J. Zhang, W. Xu, S. Park, J.-G. Zhang, Y. Wang, J. Liu, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 987.
107. Y. Shao, S. Park, J. Xiao, J.-G. Zhang, Y. Wang, J. Liu, ACS Catal. 2012, 2, 844.
108. J. Wang, Y. Li, X. Sun, Nano Energy 2013, 2, 443.
109. Z.-L. Wang, D. Xu, J.-J. Xu, X.-B. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2014.
110. E. Yoo, H. Zhou, ACS Nano 2011, 5, 3020.
111. E. Yoo, H. Zhou, J. Power Sources 2013, 244, 429.
112. A. Débart, A. J. Paterson, J. Bao, P. G. Bruce, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4521.
113. J.-S. Lee, G. S. Park, H. I. Lee, S. T. Kim, R. Cao, M. Liu, J. Cho, Nano Lett. 2011, 11, 5362.
114. V. M. B. Crisostomo, J. K. Ngala, S. Alia, A. Dobley, C. Morein, C.-H. Chen, X. Shen, S. L. Suib, Chem. Mater. 2007, 19, 1832.
115. J.-S. Lee, T. Lee, H.-K. Song, J. Cho, B.-S. Kim, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4148.
116. Z. Chen, A. P. Yu, R. Ahmed, H. J. Wang, H. Li, Z. W. Chen, Electrochim. Acta 2012, 69, 295.
117. Y. Huang, Y. Lin, W. Li, Electrochim. Acta 2013, 99, 161.
118. F. Kong, Electrochim. Acta 2012, 68, 198.
119. G. Q. Zhang, X. G. Zhang, Electrochim. Acta 2004, 49, 873.
120. C. N. Chervin, J. W. Long, N. L. Brandell, J. M. Wallace, N. W. Kucko, D. R. Rolison, J. Power Sources 2012, 207, 191.
121. Z. Wei, W. Huang, S. Zhang, J. Tan, J. Power Sources 2000, 91, 83.
122. T. T. Truong, Y. Liu, Y. Ren, L. Trahey, Y. Sun, ACS Nano 2012, 6, 8067.
123. Y. Cao, Z. Wei, J. He, J. Zang, Q. Zhang, M. Zheng, Q. Dong, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9765.
124. K.-N. Jung, J.-I. Lee, S. Yoon, S.-H. Yeon, W. Chang, K.-H. Shin, J.-W. Lee, J. Mater. Chem. 2012, 22, 21845.
125. V. Nikolova, P. Iliev, K. Petrov, T. Vitanov, E. Zhecheva, R. Stoyanova, I. Valov, D. Stoychev, J. Power Sources 2008, 185, 727.
126. A. M. Kannan, A. K. Shukla, S. Sathyanarayana, J. Power Sources 1989, 25, 141.
127. L. Jörissen, J. Power Sources 2006, 155, 23.
128. C. Chakkaravarthy, A. K. A. Waheed, H. V. K. Udupa, J. Power Sources 1981, 6, 203.
129. K. F. Blurton, A. F. Sammells, J. Power Sources 1979, 4, 263.
130. G. Toussaint, P. Stevens, L. Akrour, R. Rouget, F. Fourgeot, ECS Trans. 2010, 28, 25.
131. Z. Chen, A. Yu, D. Higgins, H. Li, H. Wang, Z. Chen, Nano Lett. 2012, 12, 1946.
132. Y. G. Li, M. Gong, Y. Y. Liang, J. Feng, J. E. Kim, H. L. Wang, G. S. Hong, B. Zhang, H. J. Dai, Nat. Commun. 2013, 4, 1805.