Nanostructured carbon-based cathode catalysts for nonaqueous lithium-oxygen batteries

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 16, Issue 27, 2014, Pages 13568-13582

  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

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84902686940     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c4cp00225c     Document Type: Review

References (135)

1. Z. Q. Peng S. A. Freunberger Y. H. Chen P. G. Bruce Science 2012 337 563 566
2. R. Black B. Adams L. F. Nazar Adv. Energy Mater. 2012 2 801 815
3. R. Cao J. S. Lee M. L. Liu J. Cho Adv. Energy Mater. 2012 2 816 829
4. H. Kitaura H. Zhou Adv. Energy Mater. 2012 2 889 894
5. G. Girishkumar B. McCloskey A. C. Luntz S. Swanson W. Wilcke J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 2193 2203
6. P. G. Bruce L. J. Hardwick K. M. Abraham MRS Bull. 2011 36 506 512
7. M. Armand J. M. Tarascon Nature 2008 451 652 657
8. J. Wilshire D. T. Sawyer Acc. Chem. Res. 1979 12 105 110
9. J. Hassoun F. Croce M. Armand B. Scrosati Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 2999 3002
10. M. M. Islam T. Imase T. Okajima M. Takahashi Y. Niikura N. Kawashima Y. Nakamura T. Ohsaka J. Phys. Chem. A 2009 113 912 916
11. S. A. Freunberger Y. H. Chen N. E. Drewett L. J. Hardwick F. Barde P. G. Bruce Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 8609 8613
12. B. D. McCloskey D. S. Bethune R. M. Shelby G. Girishkumar A. C. Luntz J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 1161 1166
13. S. A. Freunberger Y. H. Chen Z. Q. Peng J. M. Griffin L. J. Hardwick F. Barde P. Novak P. G. Bruce J. Am. Chem. Soc. 2011 133 8040 8047
14. W. Xu K. Xu V. V. Viswanathan S. A. Towne J. S. Hardy J. Xiao D. H. Hu D. Y. Wang J. G. Zhang J. Power Sources 2011 196 9631 9639
15. R. R. Mitchell B. M. Gallant C. V. Thompson Y. Shao-Horn Energy Environ. Sci. 2011 4 2952 2958
16. Y. Shao S. Park J. Xiao J.-G. Zhang Y. Wang J. Liu ACS Catal. 2012 2 844 857
17. R. Black J.-H. Lee B. Adams C. A. Mims L. F. Nazar Angew. Chem., Int. Ed. 2013 125 410 414
18. B. D. McCloskey R. Scheffler A. Speidel D. S. Bethune R. M. Shelby A. C. Luntz J. Am. Chem. Soc. 2011 133 18038 18041
19. G. Wu N. H. Mack W. Gao S. G. Ma R. Q. Zhong J. T. Han J. K. Baldwin P. Zelenay ACS Nano 2012 6 9764 9776
20. Q. Li P. Xu W. Gao S. Ma G. Zhang R. Cao J. Cho H.-L. Wang G. Wu Adv. Mater. 2014 26 1378 1386
21. B. D. McCloskey D. S. Bethune R. M. Shelby T. Mori R. Scheffler A. Speidel M. Sherwood A. C. Luntz J. Phys. Chem. Lett. 2012 3 3043 3047
22. A. Debart A. J. Paterson J. Bao P. G. Bruce Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 4521 4524
23. Y. C. Lu Z. C. Xu H. A. Gasteiger S. Chen K. Hamad-Schifferli Y. Shao-Horn J. Am. Chem. Soc. 2010 132 12170 12171
24. J. Xiao D. Mei X. Li W. Xu D. Wang G. L. Graff W. D. Bennett Z. Nie L. V. Saraf I. A. Aksay J. Liu J.-G. Zhang Nano Lett. 2011 11 5071 5078
25. 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 4 114 130
26. J. Suntivich K. J. May H. A. Gasteiger J. B. Goodenough Y. Shao-Horn Science 2011 334 1383 1385
27. Q. Li P. Xu B. Zhang G. Wu H. T. Zhao E. G. Fu H. L. Wang Nanoscale 2013 5 7397 7402
28. C. C. L. McCrory S. H. Jung J. C. Peters T. F. Jaramillo J. Am. Chem. Soc. 2013 135 16977 16987
29. J. J. Xu Z. L. Wang D. Xu L. L. Zhang X. B. Zhang Nat. Commun. 2013 4 2438
30. A. Rabis P. Rodriguez T. J. Schmidt ACS Catal. 2012 2 864 890
31. Z. Chen D. Higgins A. Yu L. Zhang J. Zhang Energy Environ. Sci. 2011 4 3167 3192
32. G. Wu G. Cui D. Li P.-K. Shen N. Li J. Mater. Chem. 2009 19 6581 6589
33. Q. Li R. Cao J. Cho G. Wu Adv. Energy Mater. 2014 aenm.201301415
34. G. Wu K. L. More C. M. Johnston P. Zelenay Science 2011 332 443 447
35. G. Wu M. A. Nelson N. H. Mack S. G. Ma P. Sekhar F. H. Garzon P. Zelenay Chem. Commun. 2010 46 7489 7491
36. G. Wu P. Zelenay Acc. Chem. Res. 2013 46 1878 1889
37. Q. Li P. Xu B. Zhang H. Tsai J. Wang H.-L. Wang G. Wu Chem. Commun. 2013 49 10838 10840
38. G. Wu M. Nelson S. Ma H. Meng G. Cui P. K. Shen Carbon 2011 49 3972 3982
39. Q. G. He Q. Li S. Khene X. M. Ren F. E. Lopez-Suarez D. Lozano-Castello A. Bueno-Lopez G. Wu J. Phys. Chem. C 2013 117 8697 8707
40. Q. Li P. Xu B. Zhang H. Tsai S. Zheng G. Wu H.-L. Wang J. Phys. Chem. C 2013 117 13872 13878
41. 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 11392 11405
42. G. Wu K. L. More P. Xu H. L. Wang M. Ferrandon A. J. Kropf D. J. Myers S. G. Ma C. M. Johnston P. Zelenay Chem. Commun. 2013 49 3291 3293
43. 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 44
44. V. Nallathambi J.-W. Lee S. P. Kumaraguru G. Wu B. N. Popov J. Power Sources 2008 183 34 42
45. K. Parvez S. Yang Y. Hernandez A. Winter A. Turchanin X. Feng K. Müllen ACS Nano 2012 6 9541 9550
46. L. Qu Y. Liu J.-B. Baek L. Dai ACS Nano 2010 4 1321 1326
47. H. R. Byon J. Suntivich Y. Shao-Horn Chem. Mater. 2011 23 3421 3428
48. 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 7942
49. H. L. Wang Y. Yang Y. Y. Liang G. Y. Zheng Y. G. Li Y. Cui H. J. Dai Energy Environ. Sci. 2012 5 7931 7935
50. Y. Li W. Zhou H. Wang L. Xie Y. Liang F. Wei J.-C. Idrobo S. J. Pennycook H. Dai Nat. Nanotechnol. 2012 7 394 400
51. J. L. Shui N. K. Karan M. Balasubramanian S. Y. Li D. J. Liu J. Am. Chem. Soc. 2012 134 16654 16661
52. V. Nallathambi G. Wu N. Subramanian S. Kumaraguru J.-W. Lee B. Popov ECS Trans. 2007 11 241 247
53. R. Cao R. Thapa H. Kim X. Xu M. G. Kim Q. Li N. Park M. L. Liu J. Cho Nat. Commun. 2013 4 2076
54. Y. 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 1004
55. G. Wu C. Dai D. Wang D. Li N. Li J. Mater. Chem. 2010 20 3059 3068
56. K. M. Abraham Z. Jiang J. Electrochem. Soc. 1996 143 1 5
57. J. Xiao D. H. Wang W. Xu D. Y. Wang R. E. Williford J. Liu J. G. Zhang J. Electrochem. Soc. 2010 157 A487 A492
58. J. Read K. Mutolo M. Ervin W. Behl J. Wolfenstine A. Driedger D. Foster J. Electrochem. Soc. 2003 150 A1351 A1356
59. T. Kuboki T. Okuyama T. Ohsaki N. Takami J. Power Sources 2005 146 766 769
60. W. Xu J. Xiao J. Zhang D. Y. Wang J. G. Zhang J. Electrochem. Soc. 2009 156 A773 A779
61. P. Albertus G. Girishkumar B. McCloskey R. S. Sanchez-Carrera B. Kozinsky J. Christensen A. C. Luntz J. Electrochem. Soc. 2011 158 A343 A351
62. J. Read J. Electrochem. Soc. 2002 149 A1190 A1195
63. S. S. Zhang D. Foster J. Read J. Power Sources 2010 195 1235 1240
64. 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 7496
65. C. Z. Zhu S. J. Dong Nanoscale 2013 5 1753 1767
66. Y. L. Li J. J. Wang X. F. Li D. S. Geng R. Y. Li X. L. Sun Chem. Commun. 2011 47 9438 9440
67. B. Sun B. Wang D. W. Su L. D. Xiao H. Ahn G. X. Wang Carbon 2012 50 727 733
68. E. Yoo H. S. Zhou ACS Nano 2011 5 3020 3026
69. G. Wu D. Y. Li C. S. Dai D. L. Wang N. Li Langmuir 2008 24 3566 3575
70. S. Maldonado K. J. Stevenson J. Phys. Chem. B 2005 109 4707 4716
71. S. U. Lee R. V. Belosludov H. Mizuseki Y. Kawazoe Small 2009 5 1769 1775
72. Y. L. Li J. J. Wang X. F. Li J. Liu D. S. Geng J. L. Yang R. Y. Li X. L. Sun Electrochem. Commun. 2011 13 668 672
73. Y. L. Li J. J. Wang X. F. Li D. S. Geng M. N. Banis R. Y. Li X. L. Sun Electrochem. Commun. 2012 18 12 15
74. K. P. Gong F. Du Z. H. Xia M. Durstock L. M. Dai Science 2009 323 760 764
75. K. Wiesener Electrochim. Acta 1986 31 1073 1078
76. R. Jasinski Nature 1964 201 1212 1214
77. S. Gupta D. Tryk I. Bae W. Aldred E. Yeager J. Appl. Electrochem. 1989 19 19 27
78. M. Lefevre E. Proietti F. Jaouen J. P. Dodelet Science 2009 324 71 74
79. H. T. Chung J. H. Won P. Zelenay Nat. Commun. 2013 4 1922
80. E. Proietti F. Jaouen M. Lefevre N. Larouche J. Tian J. Herranz J. P. Dodelet Nat. Commun. 2011 2 416
81. 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 16013
82. M. Ferrandon X. Wang A. J. Kropf D. J. Myers G. Wu C. M. Johnston P. Zelenay Electrochim. Acta 2013 110 282 291
83. D. Ohms S. Herzog R. Franke V. Neumann K. Wiesener S. Gamburcev A. Kaisheva I. Iliev J. Power Sources 1992 38 327 334
84. X. G. Fu Y. R. Liu X. P. Cao J. T. Jin Q. Liu J. Y. Zhang Appl. Catal., B 2013 130 143 151
85. H. T. Chung C. M. Johnston K. Artyushkova M. Ferrandon D. J. Myers P. Zelenay Electrochem. Commun. 2010 12 1792 1795
86. L. Trahey N. K. Karan M. K. Y. Chan J. Lu Y. Ren J. Greeley M. Balasubramanian A. K. Burrell L. A. Curtiss M. M. Thackeray Adv. Energy Mater. 2013 3 75 84
87. X. G. Li B. N. Popov T. Kawahara H. Yanagi J. Power Sources 2011 196 1717 1722
88. J. S. Lee G. S. Park S. T. Kim M. L. Liu J. Cho Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 1026 1030
89. C. O. Laoire S. Mukerjee K. M. Abraham E. J. Plichta M. A. Hendrickson J. Phys. Chem. C 2010 114 9178 9186
90. A. Morozan F. Jaouen Energy Environ. Sci. 2012 5 9269 9290
91. P. G. Bruce S. A. Freunberger L. J. Hardwick J. M. Tarascon Nat. Mater. 2012 11 19 29
92. J.-S. Lee S. Tai Kim R. Cao N.-S. Choi M. Liu K. T. Lee J. Cho Adv. Energy Mater. 2011 1 34 50
93. F. Cheng J. Chen Chem. Soc. Rev. 2012 41 2172 2192
94. L. Trahey C. S. Johnson J. T. Vaughey S.-H. Kang L. J. Hardwick S. A. Freunberger P. G. Bruce M. M. Thackeray Electrochem. Solid-State Lett. 2011 14 A64 A66
95. Y. Zhao L. Xu L. Mai C. Han Q. An X. Xu X. Liu Q. Zhang Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 19569 19574
96. A. Grimaud C. E. Carlton M. Risch W. T. Hong K. J. May Y. Shao-Horn J. Phys. Chem. C 2013 117 25926 25932
97. K.-N. Jung J.-I. Lee W. B. Im S. Yoon K.-H. Shin J.-W. Lee Chem. Commun. 2012 48 9406 9408
98. K. Zhang L. Zhang X. Chen X. He X. Wang S. Dong L. Gu Z. Liu C. Huang G. Cui ACS Appl. Mater. Interfaces 2013 5 3677 3682
99. L. Zhang X. Zhang Z. Wang J. Xu D. Xu L. Wang Chem. Commun. 2012 48 7598 7600
100. D. M. Itkis D. A. Semenenko E. Y. Kataev A. I. Belova V. S. Neudachina A. P. Sirotina M. Hävecker D. Teschner A. Knop-Gericke P. Dudin A. Barinov E. A. Goodilin Y. Shao-Horn L. V. Yashina Nano Lett. 2013 13 4697 4701
101. M. M. Ottakam Thotiyl S. A. Freunberger Z. Peng P. G. Bruce J. Am. Chem. Soc. 2012 135 494 500
102. H. Wang H. Dai Chem. Soc. Rev. 2013 42 3088 3113
103. C. Kavakli S. Meini G. Harzer N. Tsiouvaras M. Piana A. Siebel A. Garsuch H. A. Gasteiger J. Herranz ChemCatChem 2013 5 3358 3373
104. G. Q. Zhang J. P. Zheng R. Liang C. Zhang B. Wang M. Au M. Hendrickson E. J. Plichta J. Electrochem. Soc. 2011 158 A822 A827
105. Y. Cao Z. Wei J. He J. Zang Q. Zhang M. Zheng Q. Dong Energy Environ. Sci. 2012 5 9765 9768
106. D. Oh J. Qi Y.-C. Lu Y. Zhang Y. Shao-Horn A. M. Belcher Nat. Commun. 2013 4 2756
107. Q. C. Liu J. J. Xu Z. W. Chang X. B. Zhang J. Mater. Chem. A 2014 2 6081 6085
108. L. L. Zhang X. B. Zhang Z. L. Wang J. J. Xu D. Xu L. M. Wang Chem. Commun. 2012 48 7598 7600
109. Z. L. Wang D. Xu J. J. Xu L. L. Zhang X. B. Zhang Adv. Funct. Mater. 2012 22 3699 3705
110. M. Casas-Cabanas G. Binotto D. Larcher A. Lecup V. Giordani J. M. Tarascon Chem. Mater. 2009 21 1939 1947
111. F. Cheng T. Zhang Y. Zhang J. Du X. Han J. Chen Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 2474 2477
112. J.-H. Lee R. Black G. Popov E. Pomerantseva F. Nan G. A. Botton L. F. Nazar Energy Environ. Sci. 2012 5 9558 9565
113. Y. Liang Y. Li H. Wang J. Zhou J. Wang T. Regier H. Dai Nat. Mater. 2011 10 780 786
114. 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 8614
115. Y. Cao Z. Wei J. He J. Zang Q. Zhang M. Zheng Q. Dong Energy Environ. Sci. 2012 5 9765 9768
116. A. Débart J. Bao G. Armstrong P. G. Bruce J. Power Sources 2007 174 1177 1182
117. H.-G. Jung Y. S. Jeong J.-B. Park Y.-K. Sun B. Scrosati Y. J. Lee ACS Nano 2013 7 3532 3539
118. E. Yilmaz C. Yogi K. Yamanaka T. Ohta H. R. Byon Nano Lett. 2013 13 4679 4684
119. W.-H. Ryu T.-H. Yoon S. H. Song S. Jeon Y.-J. Park I.-D. Kim Nano Lett. 2013 13 4190 4197
120. Y. Cui Z. Wen S. Sun Y. Lu J. Jin Solid State Ionics 2012 225 598 603
121. H. S. Horowitz J. M. Longo H. H. Horowitz J. Electrochem. Soc. 1983 130 1851 1859
122. J. B. Goodenough R. Manoharan M. Paranthaman J. Am. Chem. Soc. 1990 112 2076 2082
123. K. P. C. Yao D. G. Kwabi R. A. Quinlan A. N. Mansour A. Grimaud Y.-L. Lee Y.-C. Lu Y. Shao-Horn J. Electrochem. Soc. 2013 160 A824 A831
124. S. H. Oh R. Black E. Pomerantseva J.-H. Lee L. F. Nazar Nat. Chem. 2012 4 1004 1010
125. J. J. Xu D. Xu Z. L. Wang H. G. Wang L. L. Zhang X. B. Zhang Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 3887 3890
126. J. J. Xu Z. L. Wang D. Xu F. Z. Meng X. B. Zhang Energy Environ. Sci. 2014 10.1039/C3EE42934B
127. H. Wu W. Chen J. Am. Chem. Soc. 2011 133 15236 15239
128. F. Li R. Ohnishi Y. Yamada J. Kubota K. Domen A. Yamada H. Zhou Chem. Commun. 2013 49 1175 1177
129. S. Dong X. Chen S. Wang L. Gu L. Zhang X. Wang X. Zhou Z. Liu P. Han Y. Duan H. Xu J. Yao C. Zhang K. Zhang G. Cui L. Chen ChemSusChem 2012 5 1712 1715
130. J. Park Y.-S. Jun W.-R. Lee J. A. Gerbec K. A. See G. D. Stucky Chem. Mater. 2013 25 3779 3781
131. Y. Chen S. A. Freunberger Z. Peng F. Barde P. G. Bruce J. Am. Chem. Soc. 2012 134 7952 7957
132. D. Xu Z. L. Wang J. J. Xu L. L. Zhang X. B. Zhang Chem. Commun. 2012 48 6948 6950
133. D. Xu Z. L. Wang J. J. Xu L. L. Zhang L. M. Wang X. B. Zhang Chem. Commun. 2012 48 11674 11676
134. T. Zhang H. S. Zhou Nat. Commun. 2013 4 1817
135. M. M. O. Thotiyl S. A. Freunberger Z. Q. Peng P. G. Bruce J. Am. Chem. Soc. 2013 135 494 500