Tuning nondoped carbon nanotubes to an efficient metal-free electrocatalyst for oxygen reduction reaction by localizing the orbital of the nanotubes with topological defects

Nanoscale

Volumn 6, Issue 23, 2014, Pages 14262-14269

  Jiang, Shujuan ^a   Li, Zhe ^b   Wang, Huayu ^c   Wang, Yun ^a   Meng, Lina ^a   Song, Shaoqing ^a  

^a EAST CHINA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (China)

^b SOUTH CENTRAL UNIVERSITY FOR NATIONALITIES   (China)

^c JIANGXI UNIVERSITY OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINE   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBON NANOTUBES; ELECTROCATALYSTS; ELECTROLYSIS; ELECTROLYTIC REDUCTION; FUEL CELLS; OXYGEN; SURFACE STRUCTURE; TOPOLOGY; TUNING;

ELECTROCATALYTIC ACTIVITY; ELECTROCHEMICAL TEST; ELECTRON DELOCALIZATION; ELECTRON TRANSFERRING; METAL-FREE ELECTROCATALYSTS; ORR ELECTROCATALYSTS; STEADY STATE DIFFUSION; STRONG DEPENDENCES;

OXYGEN REDUCTION REACTION;

EID: 84908869176     PISSN: 20403364     EISSN: 20403372     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c4nr04658g     Document Type: Article

References (63)

1. H. A. Gasteiger and N. M. Markovic, Science, 2009, 324, 48-49.
2. M. Winter and R. J. Brodd, Chem. Rev., 2004, 104, 4245-4269.
3. M. K. Debe, Nature, 2012, 486, 43-51.
4. http://www.platinum.matthey.com/pgm-prices/price-charts (accessed Aug 17, 2014).
5. J. Zhang, K. Sasaki, E. Sutter and R. R. Adzic, Science, 2007, 315, 220-224.
6. C. Wang, H. Daimon, Y. M. Lee, J. Kim and S. H. Sun, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 6974-6975.
7. V. Stamenkovic, B. S. Mun, K. J. J. Mayrhofer, P. N. Ross, N. M. Markovic, J. Rossmeisl, J. Greeley and J. K. Nørskov, Angew. Chem., Int. Ed., 2006, 45, 2897-2901.
8. N. Tian, Z. Y. Zhou, S. G. Sun, Y. Ding and Z. L. Wang, Science, 2007, 316, 732-735.
9. C. Wang, D. Vliet, K. L. More, N. J. Zaluzec, S. Peng, S. H. Sun, H. Daimon, G. F. Wang, J. Greeley, J. Pearson, A. P. Paulikas, G. Karapetrov, D. Strmcnik, N. M. Markovic and V. R. Stamenkovic, Nano Lett., 2011, 11, 919-926.
10. V. Mazumder, M. F. Chi, K. L. More and S. H. Sun, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 7848-7849.
11. S. J. Jiang, Y. W. Ma, G. Q. Jian, H. S. Tao, X. Z. Wang, Y. N. Fan, Y. N. Lu, Z. Hu and Y. Chen, Adv. Mater., 2009, 21, 4953-4956.
12. C. L. Zhang, S. Y. Hwang, A. Trout and Z. M. Peng, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 7805-7808.
13. K. Uosaki, G. Elumalai, H. Noguchi, T. Masuda, A. Lyalin, A. Nakayama and T. Taketsugu, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 6542-6545.
14. Y. Y. Liang, Y. G. Li, H. L. Wang, J. G. Zhou, J. Wang, T. Regier and H. J. Dai, Nat. Mater., 2011, 10, 780-786.
15. Z. Yang, X. M. Zhou, Z. P. Jin, Z. Liu, H. G. Nie, X. A. Chen and S. M. Huang, Adv. Mater., 2014, 26, 3156-3161.
16. G. Wu, K. L. More, C. M. Johnston and P. Zelenay, Science, 2011, 332, 443-447.
17. H. Y. Zhu, S. Zhang, Y. X. Huang, L. H. Wu and S. H. Sun, Nano Lett., 2013, 13, 2947-2951.
18. D. H. Deng, L. Yu, X. Q. Chen, G. X. Wang, L. Jin, X. L. Pan, J. Deng, G. Q. Sun and X. H. Bao, Angew. Chem., Int. Ed., 2013, 125, 389-393.
19. G. Tuci, C. Zafferoni, A. Rossin, A. Milella, L. Luconi, M. Innocenti, L. T. Phuoc, C. Duong-Viet, C. Pham-Huu and G. Giambastiani, Chem. Mater., 2014, 26, 3460-3470.
20. R. Ning, J. Q. Tian, A. M. Asiri, A. H. Qusti, A. O. Al-Youbi and X. P. Sun, Langmuir, 2013, 29, 13146.
21. S. Mao, Z. H. Wen, T. Z. Huang, Y. Hou and J. H. Chen, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 609-616.
22. A. Morozan, B. Jousselme and S. Palacin, Energy Environ. Sci., 2011, 4, 1238-1254.
23. M. Li, X. J. Bo, Y. F. Zhang, C. Han, A. Nsabimana and L. P. Guo, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 11672-11682.
24. D. D. Wang, X. Chen, D. G. Evans and W. S. Yang, Nanoscale, 2013, 5, 5312-5315.
25. K. P. Gong, F. Du, Z. H. Xia, M. Durstock and L. M. Dai, Science, 2009, 323, 760-764.
26. L. T. Qu, Y. Liu, J. B. Baek and L. M. Dai, ACS Nano, 2010, 4, 1321-1326.
27. Z. Liu, H. G. Nie, Z. Yang, Z. P. Jin, Y. Q. Liu, Z. B. Xiao and S. M. Huang, Nanoscale, 2013, 5, 3283-3288.
28. R. L. Liu, D. Q. Wu, X. L. Feng and K. Mullen, Angew. Chem., Int. Ed., 2010, 49, 2565-2569.
29. Z. W. Liu, F. Peng, H. J. Wang, H. Yu, W. X. Zheng and J. Yang, Angew. Chem., Int. Ed., 2011, 50, 3257-3261.
30. Y. Zheng, Y. Jiao, J. Chen, J. Liu, J. Liang, A. Du, W. Zhang, Z. Zhu, S. C. Smith, M. Jaroniec, G. Q. Lu and S. Z. Qiao, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 20116-20119.
31. J. Liang, Y. Zheng, J. Chen, J. Liu, D. Hulicova-Jurcakova, M. Jaroniec and S. Z. Qiao, Angew. Chem., Int. Ed., 2012, 51, 3892-3896.
32. S. B. Yang, X. L. Feng, X. C. Wang and K. Mullen, Angew. Chem., Int. Ed., 2011, 50, 5339-5343.
33. J. Y. Cheon, J. H. Kim, K. C. Goddeti, J. Y. Park and S. H. Joo, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8875-8878.
34. T. Xing, Y. Zheng, L. H. Li, B. C. C. Cowie, D. Gunzelmann, S. Z. Qiao, S. M. Huang and Y. Chen, ACS Nano, 2014, 8, 6856-6862.
35. J. T. Jin, F. P. Pan, L. H. Jiang, X. G. Fu, A. M. Liang, Z. Y. Wei, J. Y. Zhang and G. Q. Sun, ACS Nano, 2014, 8, 3313-3321.
36. H. W. Liang, Z. S. Wu, X. L. Feng and K. Mullen, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 16002-16005.
37. Q. Liu and J. Y. Zhang, Langmuir, 2013, 29, 3821-3828.
38. Z. Yang, Z. Yao, G. F. Li, G. Y. Fang, H. G. Nie, Z. Liu, X. M. Zhou, X. A. Chen and S. M. Huang, ACS Nano, 2012, 6, 205-211.
39. D. S. Yang, D. Bhattacharjya, S. Inamdar, J. Park and J. S. Yu, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 16127-16130.
40. L. J. Yang, S. J. Jiang, Y. Zhao, L. Zhu, S. Chen, X. Z. Wang, Q. Wu, J. Ma, Y. W. Ma and Z. Hu, Angew. Chem., Int. Ed., 2011, 50, 7132-7135.
41. D. W. Wang and D. S. Su, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 576-591.
42. R. Ning, C. J. Ge, J. Q. Tian, A. M. Asiri, K. A. Alamry, C. M. Li and X. P. Sun, Carbon, 2014, 78, 60-69.
43. J. Q. Tian, R. Ning, Q. Liu, A. M. Asiri, A. O. Al-Youbi and X. P. Sun, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 1011-1017.
44. Y. J. Tian, Z. Hu, Y. Yang, X. Z. Wang, X. Chen, H. Xu, Q. Wu, W. J. Ji and Y. Chen, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 1180-1183.
45. T. Lenosky, X. Gonze, M. Teter and V. Elser, Nature, 1992, 355, 333-335.
46. H. F. Bettinger, J. Phys. Chem. C, 2005, 109, 6922-6924.
47. S. Iijima, T. Ichihashi and Y. Ando, Nature, 1992, 356, 776-778.
48. J. C. Charlier, T. W. Ebbesen and Ph. Lambin, Phys. Rev. B: Condens. Matter, 1996, 53, 11108-11113.
49. T. W. Ebbesen and T. Takada, Carbon, 1995, 33, 973-978.
50. J. C. Charlier, Acc. Chem. Res., 2002, 35, 1063-1069.
51. L. Rincon, R. Almeida and C. A. Gonzalez, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 11727-11733.
52. S. J. Lee, H. J. Kim, J. Lee, Y. Kuk, K. H. Chung, H. Kim and S. J. Kahng, Surf. Sci., 2006, 600, 4937-4940.
53. M. J. Frisch et al., Gaussian 09, Revision A.02, Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2009. (S8 in ESI†).
54. A. D. Becke, J. Chem. Phys., 1993, 98, 5648-5652.
55. P. J. Stephens, F. J. Devlin, C. F. Chabalowski and M. J. Frishch, J. Phys. Chem., 1994, 98, 11623-11627.
56. S. Amelinckx, X. B. Zhang, D. Bernaerts, X. F. Zhang, V. Ivanov and J. B. Nagy, Science, 1994, 29, 635-639.
57. X. Xu, S. J. Jiang, Z. Hu and S. Q. Liu, ACS Nano, 2010, 4, 4292-4298.
58. S. T. Chang, C. H. Wang, H. Y. Du, H. C. Hsu, C. M. Kang, C. C. Chen, J. C. S. Wu, S. C. Yen, W. F. Huang, L. C. Chen, M. C. Lin and K. H. Chen, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 5305-5314.
59. X. B. Hu, Y. T. Wu, H. R. Li and Z. B. Zhang, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 9603-9607.
60. P. Giannozzi, R. Car and G. Scoles, J. Chem. Phys., 2003, 118, 1003-1006.
61. V. A. Paganin, E. Sitta, T. Iwasita and W. J. Vielstich, J. Appl. Electrochem., 2005, 35, 1239-1243.
62. R. F. Mann, J. C. Amphlett, B. A. Peppley and C. P. Thurgood, J. Power Sources, 2006, 161, 768-774.
63. V. A. Sethuraman, S. Khan, J. S. Jur, A. T. Haug and J. W. Weidner, Electrochim. Acta, 2009, 54, 6850-6860.