Pt-Au-Co alloy electrocatalysts demonstrating enhanced activity and durability toward the oxygen reduction reaction

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 3, 2015, Pages 1513-1524

  Tan, Xuehai ^a   Prabhudev, Sagar ^b   Kohandehghan, Alireza ^c   Karpuzov, Dimitre ^a   Botton, Gianluigi A ^b   Mitlin, David ^a,c  

^a UNIVERSITY OF ALBERTA   (Canada)

^b MCMASTER UNIVERSITY   (Canada)

^c CLARKSON UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

corrosion durability; ORR; PEM fuel cell; Pt Au Co; Pt Co; Pt Ir Co; thin film

Indexed keywords

ALLOYS; ATOMS; COBALT; COBALT ALLOYS; CORROSION; DURABILITY; ELECTROCATALYSTS; ELECTROLYTIC REDUCTION; ELECTRONIC STRUCTURE; GOLD; IRIDIUM; MUSCULOSKELETAL SYSTEM; OXYGEN; PLATINUM; PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS (PEMFC); TERNARY ALLOYS; THIN FILMS;

CORROSION STABILITY; ELECTROCATALYTIC ACTIVITY; KINETIC STABILIZATION; ORR; OXYGEN REDUCTION REACTION; PEM FUEL CELL; SPECIFIC ACTIVITY; SURFACE ELECTRONIC STRUCTURES;

PLATINUM ALLOYS;

EID: 84924250918     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cs501710b     Document Type: Article

References (78)

1. Wagner, F. T.; Lakshmanan, B.; Mathias, M. F. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2204-2219 10.1021/jz100553m
2. Xing, T.; Zheng, Y.; Li, L. H.; B. Cowie, B. C. C.; Gunzelmann, D.; Qiao, S. Z.; Huang, S.; Chen, Y. ACS Nano 2014, 8, 6856-6862 10.1021/nn501506p
3. Wang, Y.; Jiang, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 11597-11602 10.1021/am402669y
4. Snyder, J.; Danilovic, N.; Paulikas, A. P.; Tripkovic, D.; Strmcnik, D.; Markovic, N. M.; Stamenkovic, V. R. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 23790-23796 10.1021/jp4078272
5. Stephens, I. E. L.; Bondarenko, A. S.; Gronbjerg, U.; Rossmeisl, J.; Chorkendorff, I. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6744-6762 10.1039/c2ee03590a
6. Zhu, G.-Z.; Prabhudev, S.; Yang, J.; Gabardo, C. M.; Botton, G. A.; Soleymani, L. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 22111-22119 10.1021/jp506857b
7. Su, L.; Jia, W.; Li, C.-M.; Lei, Y. ChemSusChem 2014, 7, 361-378 10.1002/cssc.201300823
8. Kim, K. W.; Kim, S. M.; Choi, S.; Kim, J.; Lee, I. S. ACS Nano 2012, 6, 5122-5129 10.1021/nn300782m
9. Xie, J.; Yang, X.; Han, B.; Yang, S.-H.; Wang, D. ACS Nano 2013, 7, 6337-6345 10.1021/nn402385f
10. Kok Poh, C.; Hua Lim, S.; Tian, Z.; Lai, L.; Feng, Y. P.; Shen, Z.; Lin, J. Nano Energy 2013, 2, 28-39 10.1016/j.nanoen.2012.07.008
11. van Drunen, J.; Pilapil, B. K.; Makonnen, Y.; Beauchemin, D.; Gates, B. D.; Jerkiewicz, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 12046-12061 10.1021/am501097t
12. Wang, C.; Li, D.; Chi, M.; Pearson, J.; Rankin, R. B.; Greeley, J.; Duan, Z.; Wang, G.; van der Vliet, D.; More, K. L.; Markovic, N. M.; Stamenkovic, V. R. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 1668-1673 10.1021/jz300563z
13. Greeley, J.; Stephens, I. E. L.; Bondarenko, A. S.; Johansson, T. P.; Hansen, H. A.; Jaramillo, T. F.; Rossmeisl, J.; Chorkendorff, I.; Norskov, J. K. Nat. Chem. 2009, 1, 552-556 10.1038/nchem.367
14. Wanjala, B. N.; Fang, B.; Shan, S.; Petkov, V.; Zhu, P.; Loukrakpam, R.; Chen, Y.; Luo, J.; Yin, J.; Yang, L.; Shao, M.; Zhong, C.-J. Chem. Mater. 2012, 24, 4283-4293 10.1021/cm301613j
15. Liu, Y.; Hangarter, C. M.; Bertocci, U.; Moffat, T. P. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 7848-7862 10.1021/jp300672h
16. Wang, C.; Markovic, N. M.; Stamenkovic, V. R. ACS Catal. 2012, 2, 891-898 10.1021/cs3000792
17. Su, L.; Shrestha, S.; Zhang, Z.; Mustain, W.; Lei, Y. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 12293-12301 10.1039/c3ta13097e
18. Choi, S.-I.; Shao, M.; Lu, N.; Ruditskiy, A.; Peng, H.-C.; Park, J.; Guerrero, S.; Wang, J.; Kim, M. J.; Xia, Y. ACS Nano 2014, 8, 10363-10371 10.1021/nn5036894
19. Zhang, S.; Zhang, X.; Jiang, G.; Zhu, H.; Guo, S.; Su, D.; Lu, G.; Sun, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7734-7739 10.1021/ja5030172
20. Xie, S.; Choi, S.-I.; Lu, N.; Roling, L. T.; Herron, J. A.; Zhang, L.; Park, J.; Wang, J.; Kim, M. J.; Xie, Z.; Mavrikakis, M.; Xia, Y. Nano Lett. 2014, 14, 3570-3576 10.1021/nl501205j
21. Henry, J. B.; Maljusch, A.; Huang, M.; Schuhmann, W.; Bondarenko, A. S. ACS Catal. 2012, 2, 1457-1460 10.1021/cs300165t
22. Gan, L.; Heggen, M.; Rudi, S.; Strasser, P. Nano Lett. 2012, 12, 5423-5430 10.1021/nl302995z
23. Gan, L.; Heggen, M.; O'Malley, R.; Theobald, B.; Strasser, P. Nano Lett. 2013, 13, 1131-1138 10.1021/nl304488q
24. Wang, D.; Yu, Y.; Xin, H. L.; Hovden, R.; Ercius, P.; Mundy, J. A.; Chen, H.; Richard, J. H.; Muller, D. A.; DiSalvo, F. J.; Abruna, H. D. Nano Lett. 2012, 12, 5230-5238 10.1021/nl302404g
25. Kuttiyiel, K. A.; Sasaki, K.; Choi, Y.; Su, D.; Liu, P.; Adzic, R. R. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5297-5304 10.1039/c1ee02067f
26. Choi, Y.; Kuttiyiel, K. A.; Labis, J. P.; Sasaki, K.; Park, G.-G.; Yang, T.-H.; Adzic, R. R. Top Catal. 2013, 56, 1059-1064 10.1007/s11244-013-0070-x
27. Chen, C.; Kang, Y.; Huo, Z.; Zhu, Z.; Huang, W.; Xin, H. L.; Snyder, J. D.; Li, D.; Herron, J. A.; Mavrikakis, M.; Chi, M.; More, K. L.; Li, Y.; Markovic, N. M.; Somorjai, G. A.; Yang, P.; Stamenkovic, V. R. Science 2014, 343, 1339-1343 10.1126/science.1249061
28. van der Vliet, D. F.; Wang, C.; Tripkovic, D.; Strmcnik, D.; Zhang, X. F.; Debe, M. K.; Atanasoski, R. T.; Markovic, N. M.; Stamenkovic, V. R. Nat. Mater. 2012, 11, 1051-1058 10.1038/nmat3457
29. Cui, C.-H.; Li, H.-H.; Liu, X.-J.; Gao, M.-R.; Yu, S.-H. ACS Catal. 2012, 2, 916-924 10.1021/cs300058c
30. Strasser, P.; Koh, S.; Anniyev, T.; Greeley, J.; More, K.; Yu, C.; Liu, Z.; Kaya, S.; Nordlund, D.; Ogasawara, H.; Toney, M. F.; Nilsson, A. Nat. Chem. 2010, 2, 454-460 10.1038/nchem.623
31. Yang, J.; Yang, J.; Ying, J. Y. ACS Nano 2012, 6, 9373-9382 10.1021/nn303298s
32. Prabhudev, S.; Bugnet, M.; Bock, C.; Botton, G. A. ACS Nano 2013, 7, 6103-6110 10.1021/nn4019009
33. Stamenkovic, V. R.; Mun, B. S.; Mayrhofer, K. J. J.; Ross, P. N.; Markovic, N. M.; Rossmeisl, J.; Greeley, J.; Norskov, J. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 2897-2901 10.1002/anie.200504386
34. Stephens, I. E. L.; Bondarenko, A. S.; Perez-Alonso, F. J.; Calle-Vallejo, F.; Bech, L.; Johansson, T. P.; Jepsen, A. K.; Frydendal, R.; Knudsen, B. P.; Rossmeisl, J.; Chorkendorff, I. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5485-5491 10.1021/ja111690g
35. Rothenberg, G. Catalysis: Concepts and Green Applications; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2008; p 65.
36. Abild-pedersen, F.; Greeley, J.; Studt, F.; Rossmeisl, J.; Munter, T. R.; Moses, P. G.; Skulason, E.; Bligaard, T.; Norskov, J. K. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 016105 10.1103/PhysRevLett.99.016105
37. Guo, S.; Li, D.; Zhu, H.; Zhang, S.; Markovic, N. M.; Stamenkovic, V. R.; Sun, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 3465-3468 10.1002/anie.201209871
38. Patrick, B.; Ham, H. C.; Shao-Horn, Y.; Allard, L. F.; Hwang, G. S.; Ferreira, P. J. Chem. Mater. 2013, 25, 530-535 10.1021/cm3029164
39. Wang, D.; Xin, H. L.; Hovden, R.; Wang, H.; Yu, Y.; Muller, D. A.; DiSalvo, F. J.; Abruna, H. D. Nat. Mater. 2013, 12, 81-87 10.1038/nmat3458
40. Cantane, D. A.; Oliveira, F. E. R.; Santos, S. F.; Lima, F. H. B. Appl. Catal., B 2013, 136, 351-360 10.1016/j.apcatb.2013.01.060
41. Beard, K. D.; Borrelli, D.; Cramer, A. M.; Blom, D.; Van Zee, J. W.; Monnier, J. R. ACS Nano 2009, 3, 2841-2853 10.1021/nn900214g
42. Maillard, F.; Dubau, L.; Durst, J.; Chatenet, M.; Andre, J.; Rossionot, E. Electrochem. Commun. 2010, 12, 1161-1164 10.1016/j.elecom.2010.06.007
43. Dubau, L.; Lopez-Haro, M.; Castanheira, L.; Durst, J.; Chatenet, M.; Bayle-Guillemaud, P.; Guetaz, L.; Caque, N.; Rossinot, E.; Maillard, F. Appl. Catal., B 2013, 142, 801-808 10.1016/j.apcatb.2013.06.011
44. Lopez-Haro, M.; Dubau, L.; Guetaz, L.; Bayle-Guillemaud, P.; Chatenet, M.; Andre, J.; Caque, N.; Rossinot, E.; Maillard, F. Appl. Catal., B 2014, 152, 300-308 10.1016/j.apcatb.2014.01.034
45. Zhang, J.; Vukmirovic, M. B.; Xu, Y.; Mavrikakis, M.; Adzic, R. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 2132-2135 10.1002/anie.200462335
46. Zhang, L.; Iyyamperumal, R.; Yancey, D. F.; Crooks, R. M.; Henkelman, G. ACS Nano 2013, 7, 9168-9172 10.1021/nn403788a
47. Wang, C.; van der Vliet, D.; More, K. L.; Zaluzec, N. J.; Peng, S.; Sun, S.; Daimon, H.; Wang, G.; Greeley, J.; Pearson, J.; Paulikas, A. P.; Karapetrov, G.; Strmcnik, D.; Markovic, N. M.; Stamenkovic, V. R. Nano Lett. 2011, 11, 919-926 10.1021/nl102369k
48. Yang, J.; Chen, X.; Yang, X.; Ying, J. Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8976-8981 10.1039/c2ee22172a
49. Sun, X.; Li, D.; Ding, Y.; Zhu, W.; Guo, S.; Wang, Z. L.; Sun, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5745-5749 10.1021/ja500590n
50. Wang, G.; Huang, B.; Xiao, L.; Ren, Z.; Chen, H.; Wang, D.; Abruna, H. D.; Lu, J.; Zhuang, L. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9643-9649 10.1021/ja503315s
51. Kang, Y.; Snyder, J.; Chi, M.; Li, D.; More, K. L.; Markovic, N. M.; Stamenkovic, V. R. Nano Lett. 2014, 14, 6361-6367 10.1021/nl5028205
52. Loukrakpam, R.; Wanjala, B. N.; Yin, J.; Fang, B.; Luo, J.; Shao, M.; Protsailo, L.; Kawamura, T.; Chen, Y.; Petkov, V.; Zhong, C.-J. ACS Catal. 2011, 1, 562-572 10.1021/cs200022s
53. Loukrakpam, R.; Shan, S.; Petkov, V.; Yang, L.; Luo, J.; Zhong, C.-H. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 20715-20721 10.1021/jp4067444
54. Ma, Y.; Balbuena, P. B. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 23224-23234 10.1021/jp404059d
55. Jerkiewicz, G. Electrocatalysis 2010, 1, 179-199 10.1007/s12678-010-0022-1
56. Dubau, L.; Maillard, F.; Chatenet, M.; Andre, J.; Rossinot, E. Electrochim. Acta 2010, 56, 776-783 10.1016/j.electacta.2010.09.038
57. Urchaga, P.; Baranton, S.; Coutanceau, C.; Jerkiewicz, G. Langmuir 2012, 28, 3658-3663 10.1021/la202913b
58. Zhang, L.; Holt, C. M. B.; Luber, E. J.; Olsen, B. C.; Wang, H.; Danaie, M.; Cui, X.; Tan, X.; Lui, V. W.; Kalisvaart, W. P.; Mitlin, D. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 24381-24393 10.1021/jp205052f
59. Schneider, A.; Colmenares, L.; Seidel, Y. E.; Jusys, Z.; Wickman, B.; Kasemo, B.; Behm, R. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 1931-1943 10.1039/b719775f
60. Nesselberger, M.; Roefzaad, M.; Hamou, R. F.; Biedermann, P. U.; Schweinberger, F. F.; Kunz, S.; Schloegl, K.; Wiberg, G. K. H.; Ashton, S.; Heiz, U.; Mayrhofer, K. J. J.; Arenz, M. Nat. Mater. 2013, 12, 919-924 10.1038/nmat3712
61. Shao, M.; Peles, A.; Shoemaker, K. Nano Lett. 2011, 11, 3714-3719 10.1021/nl2017459
62. Ruban, A. V.; Skriver, H. L.; Norskov, J. K. Phys. Rev. B 1999, 59, 15990-16000 10.1103/PhysRevB.59.15990
63. Weinert, M.; Watson, R. E. Phys. Rev. B 1995, 51, 17168-17180 10.1103/PhysRevB.51.17168
64. Hammer, B.; Morikawa, Y.; Norskov, J. K. Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 2141-2144 10.1103/PhysRevLett.76.2141
65. Wakisaka, M.; Mitsui, S.; Hirose, Y.; Kawashima, K.; Uchida, H.; Watanabe, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 23489-23496 10.1021/jp0653510
66. Toda, T.; Igarashi, H.; Uchida, H.; Watanabe, M. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 3750-3756 10.1149/1.1392544
67. Jerkiewicz, G.; Vatankhah, G.; Lessard, J.; Soriaga, M. P.; Park, Y.-S. Electrochim. Acta 2004, 49, 1451-1459 10.1016/j.electacta.2003.11.008
68. Rodriguez, J. A.; Goodman, D. W. Science 1992, 257, 897-903 10.1126/science.257.5072.897
69. Stamenkovic, V. R.; Mum, B. S.; Arenz, M.; Mayrhofer, K. J. J.; Lucas, C. A.; Wang, G.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2007, 6, 241-247 10.1038/nmat1840
70. van der Vliet, D. F.; Wang, C.; Li, D.; Paulikas, A. P.; Greeley, J.; Rankin, R. B.; Strmcnik, D.; Tripkovic, D.; Markovic, N. M.; Stamenkovic, V. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 3139-3142 10.1002/anie.201107668
71. Stamenkovic, V. R.; Fowler, B.; Mum, B. S.; Wang, G.; Ross, P. N.; Lucas, C. A.; Markovic, N. M. Science 2007, 315, 493-497 10.1126/science.1135941
72. Durst, J.; Lopez-Haro, M.; Dubau, L.; Chatenet, M.; Soldo-Olivier, Y.; Guetaz, L.; Bayle-Guillemaud, P.; Maillard, F. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 434-439 10.1021/jz4025707
73. Cui, C.; Gan, L.; Heggen, M.; Rudi, S.; Strasser, P. Nat. Mater. 2013, 12, 765-771 10.1038/nmat3668
74. Ham, H. C.; Manogaran, D.; Lee, K. H.; Kwon, K.; Jin, S.; You, D. J.; Pak, C.; Hwang, G. S. J. Chem. Phys. 2013, 139, 201104 10.1063/1.4837176
75. Markovic, N. M.; Ross, P. N. Surf. Sci. Rep. 2002, 45, 117-229 10.1016/S0167-5729(01)00022-X
76. Sasaki, K.; Naohara, H.; Choi, Y.; Cai, Y.; Chen, W.-F.; Liu, P.; Adzic, R. R. Nat. Commun. 2012, 3, 1115 10.1038/ncomms2124
77. Hu, M.; Linder, D. P.; Nardelli, M. B.; Striolo, A. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 15050-15060 10.1021/jp3126285
78. Rinaldo, S. G.; Stumper, J.; Eikerling, M. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 5773-5785 10.1021/jp9101509