Nature of the N-Pd interaction in nitrogen-doped carbon nanotube catalysts

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 5, 2015, Pages 2740-2753

  Arrigo, Rosa ^a   Schuster, Manfred E ^b   Xie, Zailai ^b   Yi, Youngmi ^b   Wowsnick, Gregor ^b   Sun, Li L ^b   Hermann, Klaus E ^b   Friedrich, Matthias ^b   Kast, Patrick ^b   Hävecker, Michael ^c   Knop Gericke, Axel ^b   Schlögl, Robert ^a,b  

^a MAX PLANCK INSTITUTE FOR CHEMICAL ENERGY CONVERSION   (Germany)

^b FRITZ HABER INSTITUT DER MAX PLANCK GESELLSCHAFT   (Germany)

^c HAHN MEITNER INSTITUT   (Germany)

Author keywords

DFT; graphitic N; metal support interaction; NCNT; NEXAFS; ORR

Indexed keywords

ABSORPTION SPECTROSCOPY; ATOMS; CARBON; CARBON NANOTUBES; CATALYTIC OXIDATION; CHARGE TRANSFER; CHEMICAL SHIFT; DOPING (ADDITIVES); ELECTROLYTIC REDUCTION; ELECTRONIC STATES; ELECTRONIC STRUCTURE; PYRIDINE; THERMODYNAMIC STABILITY; YARN;

DFT; METAL-SUPPORT INTERACTIONS; NCNT; NEXAFS; ORR;

PALLADIUM;

EID: 84928974883     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b00094     Document Type: Article

References (88)

1. Terrones, H.; Lv, R.; Terrones, M.; Dresselhaus, M. S. Rep. Prog. Phys. 2012, 75, 062501(30) 10.1088/0034-4885/75/6/062501
2. Figureido, J. L.; Pereira, M. F. R. In Carbon Materials in Catalysis; Serp, P.; Figureido, J. L., Eds.; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, 2009; pp 177-208.
3. Frank, B.; Blume, R.; Rinaldi, A.; Trunschke, A.; Schlogl, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 10226-10230 10.1002/anie.201103340
4. Su, D. S.; Perathoner, S.; Centi, S. Catal. Today 2012, 186, 1-6 10.1016/j.cattod.2012.04.002
5. Medjanik, K.; Chercka, D.; Nagel, P.; Merz, M.; Schuppler, S.; Baumgarten, M.; Muellen, K.; Nepijko, S. A.; Elmers, H.-J.; Schoenhense, G.; Jeschke, H. O.; Valenti, R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4694-4699 10.1021/ja2100802
6. Zhao, A.; Masa, J.; Schuhmann, W.; Xia, W. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 24283-24291 10.1021/jp4059438
7. Shin, D.; Jeong, B.; Mun, B. S.; Jeon, H.; Shin, H.-J.; Baik, J.; Lee, J. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 11619-11624 10.1021/jp401186a
8. Arrigo, R.; Schuster, M. E.; Wrabetz, S.; Girgsdies, F.; Tessonnier, J. P.; Centi, G.; Perathoner, S.; Su, D. S.; Schlogl, R. ChemSusChem 2012, 5, 577-586 10.1002/cssc.201100641
9. Arrigo, R.; Wrabetz, S.; Schuster, M. E.; Wang, D.; Villa, A.; Rosenthal, D.; Girsgdies, F.; Weinberg, G.; Prati, L.; Schlogl, R.; Su, D. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 10523-10532 10.1039/c2cp40861a
10. Arrigo, R.; Schuster, M. E.; Abate, S.; Wrabetz, W.; Amakawa, K.; Teschner, D.; Freni, M.; Centi, G.; Perathoner, S.; Havecker, M.; Schlogl, R. ChemSusChem 2014, 7, 179-194 10.1002/cssc.201300616
11. Boehm, H. P.; Mair, G.; Stoehr, T.; de Rincbn, A. R.; Tereczki, B. Fuel 1984, 63, 1061-1063 10.1016/0016-2361(84)90188-1
12. Stöhr, B.; Boehm, H. P.; Schlögl, R. Carbon 1991, 29, 707-720 10.1016/0008-6223(91)90006-5
13. Arrigo, R. N-functionalization of CNFs and application in heterogeneous catalysis. Ph.D. Thesis, Technische Universität Berlin, Berlin, 2009.
14. Arrigo, R.; Havecker, M.; Schlogl, R.; Su, D. S. Chem. Commun. 2008, 4891-4893 10.1039/b812769g
15. Kutzelnigg, W.; Fleischer, U.; Schindler, M. NMR Basic Principles and Progress; Springer: Berlin, NY, 1990.
16. Buckley, A. N. Fuel Process. Technol. 1994, 38, 165-179 10.1016/0378-3820(94)90046-9
17. Liu, R.; Wu, D.; Feng, X.; Muellen, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 2565-2569 10.1002/anie.200907289
18. dos Santos, M. C.; Alvarez, F. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998, 58, 13918-13924 10.1103/PhysRevB.58.13918
19. Miyamoto, Y.; Cohen, M. L.; Louie, S. G. Solid State Commun. 1997, 102, 605-608 10.1016/S0038-1098(97)00025-2
20. Marton, D.; Boyd, K.; Al-Bayati, A.; Todorov, S.; Rabalais, J. Phys. Rev. Lett. 1994, 73, 118-121 10.1103/PhysRevLett.73.118
21. Liu, A.; Wentzcovitch, R. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994, 50, 10362-10365 10.1103/PhysRevB.50.10362
22. Thomas, A.; Fischer, A.; Goettmann, F.; Antonietti, M.; Muller, J. O.; Schloegl, R.; Carlsson, J. M. J. Mater. Chem. 2008, 18, 4893-4908 10.1039/b800274f
23. Czerw, M. T. R.; Charlier, J.-C.; Blase, X.; Foley, B.; Kamalakaran, N. G. R.; Terrones, H.; Tekleab, D.; Ajayan, P. M.; Blau, W.; Carroll, M. R.; Carroll, D. L. Nano Lett. 2001, 1, 457-460 10.1021/nl015549q
24. Robertson, J.; Davis, C. A. Diamond Relat. Mater. 1995, 4, 441-444 10.1016/0925-9635(94)05265-4
25. Kondo, T.; Casolo, S.; Suzuki, T.; Shikano, T.; Sakurai, M.; Harada, Y.; Saito, M.; Oshima, M.; Trioni, M. I.; Tantardini, G. F.; Nakamura, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 86, 0354361-0354366 10.1103/PhysRevB.86.035436
26. Gong, F. D. K.; Xia, Z.; Durstock, M.; Dai, L. Science 2009, 323, 760-764 10.1126/science.1168049
27. Britto, P. J.; Santhanam, K. S. V.; Rubio, A.; Alonso, J. A.; Ajayan, P. M. Adv. Mater. 1999, 11, 154-157 10.1002/(SICI)1521-4095(199902)11:2<154::AID-ADMA154>3.0.CO;2-B
28. Yang, L.; Jiang, S.; Zhao, Y.; Zhu, L.; Chen, S.; Wang, X.; Wu, Q.; Ma, J.; Ma, Y.; Hu, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7132-7135 10.1002/anie.201101287
29. Owens, F. J. Mater. Lett. 2007, 61, 1997-1999 10.1016/j.matlet.2006.08.003
30. Khavryuchenko, O.; Frank, B.; Trunschke, A.; Hermann, K.; Schlögl, R. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 6225-6234 10.1021/jp312548g
31. Zhang, L.; Xia, Z. J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 11170-11176 10.1021/jp201991j
32. Costentin, C.; Drouet, S.; Robert, M.; Saveant, J. M. Science 2012, 338, 90-94 10.1126/science.1224581
33. Vitale, V.; Curioni, A.; Andreoni, W. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5848-5849 10.1021/ja8002843
34. Adjizian, J. J.; De Marco, P.; Suarez-Martinez, I.; El Mel, A. A.; Snyders, R.; Gengler, R. Y. N.; Rudolf, P.; Ke, X.; Van Tendeloo, G.; Bittencourt, C.; Ewels, C. P. Chem. Phys. Lett. 2013, 571, 44-48 10.1016/j.cplett.2013.03.079
35. Suarez-Martinez, I.; Felten, A.; Pireaux, J. J.; Bittencourt, C.; Ewels, C. P. J. Nanosci. Nanotechnol. 2009, 9, 6171-6175 10.1166/jnn.2009.1557
36. Lin, S. D.; Hsu, Y.-H.; Jen, P.-H.; Lee, J.-F. J. Mol. Catal. A: Chem. 2005, 238, 88-95 10.1016/j.molcata.2005.05.004
37. Zhou, J. G.; Williams, Q. L. J. Nano Res. 2011, 15, 29-40 10.4028/www.scientific.net/JNanoR.15.29
38. Abel, E. W.; Stone, F. G. A.; Puddephatt, R. J.; Wilkinson, G. In Comprehensive Organometallic Chemistry II: Nickel, Palladium, Platinum; Puddephatt, R. J., Ed.; Pergamon Press: Oxford, U.K., 1995; Vol. 9.
39. Teschner, D.; Vass, E.; Havecker, M.; Zafeiratos, S.; Schnorch, P.; Sauer, H.; Knop-Gericke, A.; Schlogl, R.; Chamam, M.; Wootsch, A. J. Catal. 2006, 242, 26-37 10.1016/j.jcat.2006.05.030
40. Sun, S.; Zhang, G.; Gauquelin, N.; Chen, N.; Zhou, J.; Yang, S.; Chen, W.; Meng, X.; Geng, D.; Banis, M. N.; Li, R.; Ye, S.; Knights, S.; Botton, G. A.; Sham, T. K.; Sun, X. Sci. Rep. 2013, 3, 1775 10.1038/srep01775
41. Wolf, A.; Michele, V.; Mleczko, L.; Assmann, J.; Buchholz, S. Patent No. WO2009/080204.
42. Buchholz, S.; Duff, D. G.; Michele, V.; Mleczko, L.; Muennich, C.; Rudolf, R.; Wolf, A. Patent No. WO2006/050903.
43. Tessonnier, J.-P.; Becker, M.; Xia, W.; Girgsdies, F.; Blume, R.; Yao, L.; Su, D. S.; Muhler, M.; Schlögl, R. ChemCatChem 2010, 2, 1559-1561 10.1002/cctc.201000278
44. Becker, M. J.; Xia, W.; Tessonnier, J.-P.; Blume, R.; Yao, L.; Schlögl, R.; Muehler, M. Carbon 2011, 49 (15) 5253-5264 10.1016/j.carbon.2011.07.043
45. Tougaard, S. J. Vac. Sci. Technol., A 1996, 1415-1423 10.1116/1.579963
46. Hermann, K.; Petterson, L. G. M. StoBe Software, version 3.1; deMon developers group: Montreal, Canada, 2011; see http://www.fhi-berlin.mpg.de/KHsoftware/StoBe/.
47. Cavalleri, M.; Hermann, K.; Knop-Gericke, A.; Hävecker, M.; Herbert, R.; Hess, C.; Oestereich, A.; Döbler, J.; Schlögl, R. J. Catal. 2009, 262, 215-223 10.1016/j.jcat.2008.12.013
48. Hammer, B.; Hansen, L. B.; Nørskov, J. K. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999, 59, 7413-7421 10.1103/PhysRevB.59.7413
49. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868 10.1103/PhysRevLett.77.3865
50. Triguero, L.; Petterson, L. G. M.; Ågren, H. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998, 58, 8097-8110 10.1103/PhysRevB.58.8097
51. Ågren, H.; Caravetta, V.; Vahtras, O.; Pettersson, L. G. M. Chem. Phys. Lett. 1994, 222, 75-81 10.1016/0009-2614(94)00318-1
52. Leetmaa, M.; Ljungberg, M. P.; Lyubartsev, A.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2010, 177, 135-157 10.1016/j.elspec.2010.02.004
53. Kolczewski, C.; Püttner, R.; Plashkevych, O.; Ågren, H.; Staemmler, V.; Martins, M.; Snell, G.; Schlachter, A. S.; Sant'Anna, M.; Kaindl, G. J. Chem. Phys. 2001, 115, 6426-6437 10.1063/1.1397797
54. Kolczewski, C.; Hermann, K. Surf. Sci. 2004, 552, 98-110 10.1016/j.susc.2004.01.013
55. Schuster, M. E. Structure and Reactivity of Diesel Soot Particles from Advanced Motor Technologies. Ph.D. Thesis, Technische Universität Berlin, Berlin, 2011.
56. Schuster, M. E.; Haevecker, M.; Arrigo, R.; Blume, R.; Knauer, M.; Ivleva, N. P.; Su, D. S.; Niessner, R.; Schlogl, R. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 2568-2580 10.1021/jp1088417
57. Abbas, G.; Papakonstantinou, P.; Iyer, G.; Kirkman, I.; Chen, L. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007, 75, 195429-195438 10.1103/PhysRevB.75.195429
58. Schiros, T.; Nordlund, D.; Pálová, L.; Prezzi, D.; Zhao, L.; Kim, K. S.; Wurstbauer, U.; Gutiérrez, C.; Delongchamp, D.; Jaye, C.; Fischer, D.; Ogasawara, H.; Pettersson, L. G. M.; Reichman, D. R.; Kim, P.; Hybertsen, M. S.; Pasupathy, A. N. Nano Lett. 2012, 12, 4025-4031 10.1021/nl301409h
59. McCann, R.; Roy, S. S.; Papakonstantinou, P.; Ahmad, I.; Maguire, P.; McLaughlin, J. A.; Petaccia, L.; Lizzit, S.; Goldoni, A. Diamond Relat. Mater. 2005, 14, 1057-1061 10.1016/j.diamond.2005.01.032
60. Kapteijn, F.; Moulijn, J. A.; Matzner, S.; Boehm, H. P. Carbon 1999, 37, 1143-1150 10.1016/S0008-6223(98)00312-1
61. Zuckmantel, M.; Kurth, R.; Boehm, H. Z. Naturforsch., B: J. Chem. Sci. 1979, 34, 188-196 10.1515/znb-1979-0211
62. Clauss, A.; Boehm, H. P.; Hofmann, U. Z. Anorg. Allg. Chem. 1957, 290, 35-51 10.1002/zaac.19572900105
63. Carlsson, J. M.; Scheffler, M. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 0468061-0468064 10.1103/PhysRevLett.96.046806
64. Arrigo, R.; Haevecker, M.; Wrabetz, S.; Blume, R.; Lerch, M.; McGregor, J.; Parrott, E. P. J.; Zeitler, J. A.; Gladden, L. F.; Knop-Gericke, A.; Schlögl, R.; Su, D. S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9616-9630 10.1021/ja910169v
65. Stöhr, J. NEXAFS Spectroscopy; Springer: New York, 1992; Vol. 25.
66. Yeh, J. J.; Lindau, I. At. Data Nucl. Data Tables 1985, 32, 1-155 10.1016/0092-640X(85)90016-6
67. Balmes, O.; Resta, A.; Wermeille, D.; Felici, R.; Messing, M. E.; Deppert, K.; Liu, Z.; Grass, M. E.; Bluhm, H.; van Rijn, R.; Frenken, J. W. M.; Westerström, R.; Blomberg, S.; Gustafson, J.; Andersen, J. N.; Lundgren, E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 4796-4801 10.1039/c2cp22873d
68. Schauermann, S.; Nilius, N.; Shaikhutdinov, S.; Freund, H. J. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1673-1681 10.1021/ar300225s
69. Wilde, M.; Fukutani, K.; Naschitzki, M.; Freund, H. J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 77, 113412 10.1103/PhysRevB.77.113412
70. Doyle, A. M.; Shaikhutdinov, S. K.; Jackson, S. D.; Freund, H. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 5240-5243 10.1002/anie.200352124
71. Kovnir, K.; Ambruster, M.; Teschner, D.; Venkov, T.; Szentmiklósi, L.; Jentoft, F. C.; Knop-Gericke, A.; Grin, Y.; Schlögl, R. Surf. Sci. 2009, 603, 1784-1792 10.1016/j.susc.2008.09.058
72. Teschner, D.; Borsodi, J.; Wootsch, A.; Revay, Z.; Havecker, M.; Knop-Gericke, A.; Jackson, S. D.; Schlogl, R. Science 2008, 320, 86-89 10.1126/science.1155200
73. Studt, F.; Abild-Pedersen, F.; Bligaard, T.; Sorensen, R. Z.; Christensen, C. H.; Norskov, J. K. Science 2008, 320, 1320-1322 10.1126/science.1156660
74. Pallassana, V.; Neurock, M. J. Catal. 2000, 191, 301-317 10.1006/jcat.1999.2724
75. Garcia-Lastra, J. M.; Cook, P. L.; Himpsel, F. J.; Rubio, A. J. Chem. Phys. 2010, 133, 151103(4) 10.1063/1.3497188
76. Blyholder, G. J. Phys. Chem. 1964, 68, 2772 10.1021/j100792a006
77. Purans, J.; Fourest, B.; Cannes, C.; Sladkov, V.; David, F.; Venault, L.; Lecomte, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11074-82 10.1021/jp045489n
78. Teschner, D.; Rèvay, Z.; Borsodi, J.; Hävecker, M.; Knop-Gericke, A.; Schlögl, R.; Milroy, D.; Jackson, S. D.; Torres, D.; Sautet, P. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 9274-9278 10.1002/anie.200802134
79. Borodzinski, A.; Bond, G. C.; Nishimura, S. Catal. Rev.: Sci. Eng. 2008, 50, 379-469 10.1080/01614940802142102
80. Nishimura, S. Handbook of Heterogeneous Catalytic Hydrogenation for Organic Synthesis; Wiley-Interscience: New York, 2001; pp Vol. 148.
81. Wowsnick, G.; Teschner, D.; Armbrüster, M.; Kasatkin, I.; Girgsdies, F.; Grin, Y.; Schlögl, R.; Behrens, M. J. Catal. 2014, 309, 221-230 10.1016/j.jcat.2013.09.018
82. Rajaram, J.; Narula, A. P. S.; Chawla, H. P. S.; Dev, S. Tetrahedron 1983, 39, 2315-2322 10.1016/S0040-4020(01)91960-X
83. Duprat, F. Chem. Eng. Sci. 2002, 57, 901-911 10.1016/S0009-2509(01)00409-2
84. Engel, T.; Ertl, G. J. Chem. Phys. 1978, 69, 1267-1281 10.1063/1.436666
85. Ertl, G. Science 1991, 254, 1750-1755 10.1126/science.254.5039.1750
86. Liu, R.; Wu, D.; Feng, X.; Muellen, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 2565-2569 10.1002/anie.200907289
87. Lai, L.; Potts, J. R.; Zhan, D.; Wang, L.; Poh, C. K.; Tang, C.; Gong, H.; Shen, Z.; Lin, J.; Ruoff, R. S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7936-7942 10.1039/c2ee21802j
88. Shin, D.; Jeong, B.; Choun, M.; Ocon, J. D.; Lee, J. RSC Adv. 2015, 5, 1571-1580 10.1039/C4RA12209G