Identification of highly active Fe sites in (Ni,Fe)OOH for electrocatalytic water splitting

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 3, 2015, Pages 1305-1313

  Friebel, Daniel ^a,c   Louie, Mary W ^a,b   Bajdich, Michal ^c   Sanwald, Kai E ^c,d   Cai, Yun ^a,b   Wise, Anna M ^e   Cheng, Mu Jeng ^a,b   Sokaras, Dimosthenis ^e   Weng, Tsu Chien ^e   Alonso Mori, Roberto ^c   Davis, Ryan C ^e   Bargar, John R ^e   Nørskov, Jens K ^c   Nilsson, Anders ^a,c,e   Bell, Alexis T ^a,b  

^a LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^c SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

^d TECHNICAL UNIVERSITY OF MUNICH   (Germany)

^e SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYSTS; NICKEL; SOLAR ENERGY; SOLAR POWER GENERATION; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY;

ACTIVITY ENHANCEMENT; ADSORPTION ENERGIES; ALKALINE ELECTROLYTES; FLUORESCENCE DETECTION; HIGH-ENERGY RESOLUTION; OXYGEN EVOLUTION REACTION; PHOTO-ELECTROCHEMICAL DEVICE; STRUCTURAL MOTIFS;

IRON COMPOUNDS;

IRON; NICKEL; WATER;

ARTICLE; CALCULATION; CATALYST; COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS; OXIDATION REDUCTION POTENTIAL; OXYGEN EVOLUTION; OXYGEN EVOLUTION REACTION; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY;

EID: 84921927359     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja511559d     Document Type: Article

References (72)

1. Walter, M. G.; Warren, E. L.; McKone, J. R.; Boettcher, S. W.; Mi, Q.; Santori, E. A.; Lewis, N. S. Chem. Rev. 2010, 110, 6446.
2. Trasatti, S. Electrochim. Acta 1984, 29, 1503.
3. Lee, S. W.; Carlton, C.; Risch, M.; Surendranath, Y.; Chen, S.; Furutsuki, S.; Yamada, A.; Nocera, D. G.; Shao-Horn, Y. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16959.
4. Risch, M.; Grimaud, A.; May, K. J.; Stoerzinger, K. A.; Chen, T. J.; Mansour, A. N.; Shao-Horn, Y. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 8628.
5. Suntivich, J.; May, K. J.; Gasteiger, H. A.; Goodenough, J. B.; Shao-Horn, Y. Science 2011, 334, 1383.
6. Subbaraman, R.; Tripkovic, D.; Chang, K.-C.; Strmcnik, D.; Paulikas, A. P.; Hirunsit, P.; Chan, M.; Greeley, J.; Stamenkovic, V.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2012, 11, 550.
7. McCrory, C. C. L.; Jung, S.; Peters, J. C.; Jaramillo, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16977.
8. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072.
9. Bediako, D. K.; Lassalle-Kaiser, B.; Surendranath, Y.; Yano, J.; Yachandra, V. K.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6801.
10. Khaselev, O.; Turner, J. A. Science 1998, 280, 425.
11. Jin, J.; Walczak, K.; Singh, M. R.; Karp, C.; Lewis, N. S.; Xiang, C. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3371.
12. Hu, S.; Xiang, C.; Haussener, S.; Berger, A. D.; Lewis, N. S. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2984.
13. Gregoire, J. M.; Xiang, C.; Mitrovic, S.; Liu, X.; Marcin, M.; Cornell, E. W.; Fan, J.; Jin, J. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, F337.
14. Trotochaud, L.; Mills, T. J.; Boettcher, S. W. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 931.
15. Młynarek, G.; Paszkiewicz, M.; Radniecka, A. J. Appl. Electrochem. 1984, 14, 145.
16. Corrigan, D. A. J. Electrochem. Soc. 1987, 134, 377.
17. Miller, E. L.; Rocheleau, R. E. J. Electrochem. Soc. 1997, 144, 3072.
18. Li, X.; Walsh, F. C.; Pletcher, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 13, 1162.
19. Landon, J.; Demeter, E.; ̄noʇlu, N.; Keturakis, C.; Wachs, I. E.; Vasić, R.; Frenkel, A. I.; Kitchin, J. R. ACS Catal. 2012, 2, 1793.
20. Trotochaud, L.; Ranney, J. K.; Williams, K. N.; Boettcher, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17253.
21. Trotochaud, L.; Young, S. L.; Ranney, J. K.; Boettcher, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6744.
22. Gong, M.; Li, Y.; Wang, H.; Liang, Y.; Wu, J. Z.; Zhou, J.; Wang, J.; Regier, T.; Wei, F.; Dai, H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8452.
23. Louie, M. W.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 12329.
24. Smith, R. D. L.; Prévot, M. S.; Fagan, R. D.; Trudel, S.; Berlinguette, C. P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11580.
25. Smith, R. D. L.; Prévot, M. S.; Fagan, R. D.; Zhang, Z.; Sedach, P. A.; Siu, M. K. J.; Trudel, S.; Berlinguette, C. P. Science 2013, 340, 60.
26. Li, Y.-F.; Selloni, A. ACS Catal. 2014, 1148.
27. Gao, M.; Sheng, W.; Zhuang, Z.; Fang, Q.; Gu, S.; Jiang, J.; Yan, Y. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7077.
28. Liao, P.; Keith, J. A.; Carter, E. A. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13296.
29. Corrigan, D. A.; Conell, R. S.; Fierro, C. A.; Scherson, D. A. J. Phys. Chem. 1987, 91, 5009.
30. Kim, S.; Tryk, D. A.; Antonio, M. R.; Carr, R.; Scherson, D. J. Phys. Chem. 1994, 98, 10269.
31. Guerlou-Demourgues, L.; Fournès, L.; Delmas, C. J. Electrochem. Soc. 1996, 143, 3083.
32. Balasubramanian, M.; Melendres, C. A.; Mini, S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4300.
33. Eisenberger, P.; Platzman, P. M.; Winick, H. Phys. Rev. Lett. 1976, 36, 623.
34. Hämäläinen, K.; Siddons, D. P.; Hastings, J. B.; Berman, L. E. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 2850.
35. Heijboer, W. M.; Glatzel, P.; Sawant, K. R.; Lobo, R. F.; Bergmann, U.; Barrea, R. A.; Koningsberger, D. C.; Weckhuysen, B. M.; de Groot, F. M. F. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10002.
36. Friebel, D.; Bajdich, M.; Yeo, B. S.; Louie, M. W.; Miller, D. J.; Casalongue, H. S.; Mbuga, F.; Weng, T.-C.; Nordlund, D.; Sokaras, D.; Alonso-Mori, R.; Bell, A. T.; Nilsson, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 17460.
37. Sokaras, D.; Weng, T.-C.; Nordlund, D.; Alonso-Mori, R.; Velikov, P.; Wenger, D.; Garachtchenko, A.; George, M.; Borzenets, V.; Johnson, B.; Rabedeau, T.; Bergmann, U. Rev. Sci. Instrum. 2013, 84, 053102.
38. Webb, S. M. Phys. Scr. 2005, T115, 1011.
39. Newville, M. J. Synchrotron Radiat. 2001, 8, 322.
40. Ravel, B.; Newville, M. J. Synchrotron Radiat. 2005, 12, 537.
41. Zabinsky, S. I.; Rehr, J. J.; Ankudinov, A.; Albers, R. C.; Eller, M. J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1995, 52, 2995.
42. Christensen, H.; Christensen, A. Acta Chem. Scand., Ser. A 1978, 32, 87.
43. Bartl, H.; Bode, H.; Sterr, G.; Witte, J. Electrochim. Acta 1971, 16, 615.
44. Anisimov, V. I.; Aryasetiawan, F.; Lichtenstein, A. I. J. Phys.: Condens. Matter 1997, 9, 767.
45. Anisimov, V. I.; Zaanen, J.; Andersen, O. K. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1991, 44, 943.
46. Bacq, O. L.; Pasturel, A.; Bengone, O. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2004, 69, 245107.
47. Hammer, B.; Hansen, L. B.; Nørskov, J. K. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999, 59, 7413.
48. Dudarev, S. L.; Botton, G. A.; Savrasov, S. Y.; Humphreys, C. J.; Sutton, A. P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998, 57, 1505.
49. Cococcioni, M.; de Gironcoli, S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 71, 035105.
50. Vanderbilt, D. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1990, 41, 7892.
51. Giannozzi, P.; Baroni, S.; Bonini, N.; Calandra, M.; Car, R.; Cavazzoni, C.; Ceresoli, D.; Chiarotti, G. L.; Cococcioni, M.; Dabo, I.; Dal Corso, A.; de Gironcoli, S.; Fabris, S.; Fratesi, G.; Gebauer, R.; Gerstmann, U.; Gougoussis, C.; Kokalj, A.; Lazzeri, M.; Martin-Samos, L.; Marzari, N.; Mauri, F.; Mazzarello, R.; Paolini, S.; Pasquarello, A.; Paulatto, L.; Sbraccia, C.; Scandolo, S.; Sclauzero, G.; Seitsonen, A. P.; Smogunov, A.; Umari, P.; Wentzcovitch, R. M. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 395502.
52. Westre, T. E.; Kennepohl, P.; DeWitt, J. G.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6297.
53. Capehart, T. W.; Corrigan, D. A.; Conell, R. S.; Pandya, K. I.; Hoffman, R. W. Appl. Phys. Lett. 1991, 58, 865.
54. Mansour, A. N.; Melendres, C. A. Phys. B 1995, 208-209, 583.
55. Hu, Y.; Bae, I. T.; Mo, Y.; Scherson, D. A.; Antonio, M. R. Can. J. Chem. 1997, 75, 1721.
56. Morishita, M.; Ochiai, S.; Kakeya, T.; Ozaki, T.; Kawabe, Y.; Watada, M.; Tanase, S.; Sakai, T. Electrochemistry 2008, 76, 802.
57. Yang, X.; Takada, K.; Itose, M.; Ebina, Y.; Ma, R.; Fukuda, K.; Sasaki, T. Chem. Mater. 2008, 20, 479.
58. Bianconi, A.; Garcia, J.; Benfatto, M. In Synchrotron Radiation in Chemistry and Biology I; Topics in Current Chemistry; Springer: Berlin, 1988; pp 29-67.
59. Stöhr, J.; Sette, F.; Johnson, A. L. Phys. Rev. Lett. 1984, 53, 1684.
60. Haas, O.; Vogt, U. F.; Soltmann, C.; Braun, A.; Yoon, W.-S.; Yang, X. Q.; Graule, T. Mater. Res. Bull. 2009, 44, 1397.
61. Haas, O.; Ludwig, C.; Bergmann, U.; Singh, R. N.; Braun, A.; Graule, T. J. Solid State Chem. 2011, 184, 3163.
62. Blasco, J.; Aznar, B.; García, J.; Subías, G.; Herrero-Martín, J.; Stankiewicz, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 77, 054107.
63. Klaus, S.; Cai, Y.; Louie, M. W.; Trotochaud, L.; Bell, A. T. manuscript in preparation, 2015.
64. Wang, L.; Maxisch, T.; Ceder, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006, 73, 195107.
65. García-Mota, M.; Bajdich, M.; Viswanathan, V.; Vojvodic, A.; Bell, A. T.; Nørskov, J. K. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 21077.
66. Himmetoglu, B.; Floris, A.; de Gironcoli, S.; Cococcioni, M. Int. J. Quantum Chem. 2014, 114, 14.
67. Szytula, A.; Balanda, M.; Dimitrijevi, Ž. Phys. Status Solidi A 1970, 3, 1033.
68. Oles̈, A.; Szytuła, A.; Wanic, A. Phys. Status Solidi B 1970, 41, 173.
69. Nørskov, J. K.; Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Lindqvist, L.; Kitchin, J. R.; Bligaard, T.; Jönsson, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 17886.
70. Man, I. C.; Su, H.; Calle-Vallejo, F.; Hansen, H. A.; Martínez, J. I.; Inoglu, N. G.; Kitchin, J.; Jaramillo, T. F.; Nørskov, J. K.; Rossmeisl, J. ChemCatChem 2011, 3, 1159.
71. Koper, M. T. M. J. Electroanal. Chem. 2011, 660, 254.
72. Bajdich, M.; García-Mota, M.; Vojvodic, A.; Nørskov, J. K.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13521.