Effects of Intentionally Incorporated Metal Cations on the Oxygen Evolution Electrocatalytic Activity of Nickel (Oxy)hydroxide in Alkaline Media

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 4, 2016, Pages 2416-2423

  Enman, Lisa J ^a   Burke, Michaela S ^a   Batchellor, Adam S ^a   Boettcher, Shannon W ^a  

^a UNIVERSITY OF OREGON   (United States)

Author keywords

catalysis; electrolysis; heterogeneous; nickel iron oxyhydroxide; oxygen evolution; water oxidation

Indexed keywords

ALKALINITY; CATALYSIS; CATALYST ACTIVITY; CATALYSTS; CYCLIC VOLTAMMETRY; ELECTROLYSIS; FREE FLIGHT; IONIZATION OF GASES; MANGANESE; MASS SPECTROMETRY; NICKEL; OXYGEN; PHASE SEPARATION; POSITIVE IONS; REDOX REACTIONS; SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY;

ALKALINE CONDITIONS; ELECTROCATALYTIC ACTIVITY; HETEROGENEOUS; NICKEL IRONS; OXYGEN EVOLUTION; QUARTZ CRYSTAL MICROGRAVIMETRY; TIME OF FLIGHT SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY; WATER OXIDATION;

X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

EID: 84963537691     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b02924     Document Type: Article

References (70)

1. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 15729-15735 10.1073/pnas.0603395103
2. Ursua, A.; Gandia, L. M.; Sanchis, P. Proc. IEEE 2012, 100, 410-426 10.1109/JPROC.2011.2156750
3. Pinaud, B. A.; Benck, J. D.; Seitz, L. C.; Forman, A. J.; Chen, Z.; Deutsch, T. G.; James, B. D.; Baum, K. N.; Baum, G. N.; Ardo, S.; Wang, H.; Miller, E.; Jaramillo, T. F. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1983-2002 10.1039/c3ee40831k
4. Walter, M. G.; Warren, E. L.; McKone, J. R.; Boettcher, S. W.; Mi, Q.; Santori, E. A.; Lewis, N. S. Chem. Rev. 2010, 110, 6446-6473 10.1021/cr1002326
5. Trotochaud, L.; Boettcher, S. W. Scr. Mater. 2014, 74, 25-32 10.1016/j.scriptamat.2013.07.019
6. Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Nørskov, J. K. Chem. Phys. 2005, 319, 178-184 10.1016/j.chemphys.2005.05.038
7. Galán-Mascarós, J. R. ChemElectroChem 2015, 2, 37-50 10.1002/celc.201402268
8. Dau, H.; Limberg, C.; Reier, T.; Risch, M.; Roggan, S.; Strasser, P. ChemCatChem 2010, 2, 724-761 10.1002/cctc.201000126
9. Rossmeisl, J.; Qu, Z.-W.; Zhu, H.; Kroes, G.-J.; Nørskov, J. K. J. Electroanal. Chem. 2007, 607, 83-89 10.1016/j.jelechem.2006.11.008
10. Man, I. C.; Su, H.-Y.; 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, 1159-1165 10.1002/cctc.201000397
11. Ruetschi, P.; Delahay, P. J. Chem. Phys. 1955, 23, 556-560 10.1063/1.1742029
12. Sabatier, F. La catalyse en chimie organique; Berauge: Paris, 1920; pp 48-57.
13. Trotochaud, L.; Ranney, J. K.; Williams, K. N.; Boettcher, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17253-17261 10.1021/ja307507a
14. Trotochaud, L.; Young, S. L.; Ranney, J. K.; Boettcher, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6744-6753 10.1021/ja502379c
15. Burke, M. S.; Kast, M. G.; Trotochaud, L.; Smith, A. M.; Boettcher, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3638-3648 10.1021/jacs.5b00281
16. Smith, A. M.; Trotochaud, L.; Burke, M. S.; Boettcher, S. W. Chem. Commun. 2015, 51, 5261-5263 10.1039/C4CC08670H
17. Hong, W. T.; Risch, M.; Stoerzinger, K. A.; Grimaud, A.; Suntivich, J.; Shao-Horn, Y. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1404-1427 10.1039/C4EE03869J
18. Suntivich, J.; May, K. J.; Gasteiger, H. A.; Goodenough, J. B.; Shao-Horn, Y. Science 2011, 334, 1383-1385 10.1126/science.1212858
19. 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, 60-63 10.1126/science.1233638
20. Matsumoto, Y.; Sato, E. Mater. Chem. Phys. 1986, 14 (5) 397-426 10.1016/0254-0584(86)90045-3
21. Burke, M. S.; Enman, L. J.; Batchellor, A. S.; Zou, S.; Boettcher, S. W. Chem. Mater. 2015, 27 (22) 7549-7558 10.1021/acs.chemmater.5b03148
22. Burke, M. S.; Zou, S.; Enman, L. J.; Kellon, J. E.; Gabor, C. A.; Pledger, E.; Boettcher, S. W. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 3737-3742 10.1021/acs.jpclett.5b01650
23. Batchellor, A. S.; Boettcher, S. W. ACS Catal. 2015, 5, 6680-6689 10.1021/acscatal.5b01551
24. Lu, X.; Zhao, C. Nat. Commun. 2015, 6, Article No. 6616 10.1038/ncomms7616
25. Ma, W.; Ma, R.; Wang, C.; Liang, J.; Liu, X.; Zhou, K.; Sasaki, T. ACS Nano 2015, 9, 1977-1984 10.1021/nn5069836
26. Hunter, B. M.; Blakemore, J. D.; Deimund, M.; Gray, H. B.; Winkler, J. R.; Müller, A. M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 13118-13121 10.1021/ja506087h
27. 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, 8452-8455 10.1021/ja4027715
28. Corrigan, D. A.; Bendert, R. M. J. Electrochem. Soc. 1989, 136, 723-728 10.1149/1.2096717
29. Landon, J.; Demeter, E.; Inoǧlu, N.; Keturakis, C.; Wachs, I. E.; Vasić, R.; Frenkel, A. I.; Kitchin, J. R. ACS Catal. 2012, 2, 1793-1801 10.1021/cs3002644
30. Louie, M. W.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (33) 12329-12337 10.1021/ja405351s
31. Cordoba, S. I.; Carbonio, R. E.; Teijelo, M. L.; Macagno, V. A. Electrochim. Acta 1986, 31, 1321-1332 10.1016/0013-4686(86)80155-4
32. Lu, P. W. T.; Srinivasan, S. J. Electrochem. Soc. 1978, 125, 265-270 10.1149/1.2131426
33. McCrory, C. C. L.; Jung, S.; Ferrer, I. M.; Chatman, S. M.; Peters, J. C.; Jaramillo, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4347-4357 10.1021/ja510442p
34. McCrory, C. C. L.; Jung, S.; Peters, J. C.; Jaramillo, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16977-16987 10.1021/ja407115p
35. Qian, L.; Lu, Z.; Xu, T.; Wu, X.; Tian, Y.; Li, Y.; Huo, Z.; Sun, X.; Duan, X. Adv. Energy Mater. 2015, 5, Article No. 1500245 10.1002/aenm.201500245
36. Niu, K.-Y.; Lin, F.; Jung, S.; Fang, L.; Nordlund, D.; McCrory, C. C. L.; Weng, T.-C.; Ercius, P.; Doeff, M. M.; Zheng, H. Nano Lett. 2015, 15, 2498-2503 10.1021/acs.nanolett.5b00026
37. Haber, J. A.; Guevarra, D.; Jung, S.; Jin, J.; Gregoire, J. M. ChemElectroChem 2014, 1, 1613-1617 10.1002/celc.201402149
38. Diaz-Morales, O.; Ledezma-Yanez, I.; Koper, M. T. M.; Calle-Vallejo, F. ACS Catal. 2015, 5, 5380-5387 10.1021/acscatal.5b01638
39. Yeo, B. S.; Bell, A. T. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 8394-8400 10.1021/jp3007415
40. Lyons, M. E. G.; Brandon, M. P. J. Electroanal. Chem. 2010, 641, 119-130 10.1016/j.jelechem.2009.11.024
41. Miles, M. H. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1975, 60, 89-96 10.1016/S0022-0728(75)80205-1
42. DincǍ, M.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 10337-10341 10.1073/pnas.1001859107
43. Corrigan, D. A. J. Electrochem. Soc. 1987, 134, 377-384 10.1149/1.2100463
44. Lu, P. W. T.; Srinivasan, S. J. Electrochem. Soc. 1978, 125, 1416-1422 10.1149/1.2131689
45. Wehrens-Dijksma, M.; Notten, P. H. L. Electrochim. Acta 2006, 51, 3609-3621 10.1016/j.electacta.2005.10.022
46. Godwin, I. J.; Lyons, M. E. G. Electrochem. Commun. 2013, 32, 39-42 10.1016/j.elecom.2013.03.040
47. Klaus, S.; Cai, Y.; Louie, M. W.; Trotochaud, L.; Bell, A. T. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 7243-7254 10.1021/acs.jpcc.5b00105
48. Haber, J. A.; Xiang, C.; Guevarra, D.; Jung, S.; Jin, J.; Gregoire, J. M. ChemElectroChem 2014, 1, 524-528 10.1002/celc.201300229
49. Corrigan, D. A.; Conell, R. S.; Fierro, C. A.; Scherson, D. A. J. Phys. Chem. 1987, 91, 5009-5011 10.1021/j100303a024
50. Friebel, D.; Louie, M. W.; Bajdich, M.; Sanwald, K. E.; Cai, Y.; Wise, A. M.; Cheng, M.-J.; Sokaras, D.; Weng, T.-C.; Alonso-Mori, R.; Davis, R. C.; Bargar, J. R.; Nørskov, J. K.; Nilsson, A.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1305-1313 10.1021/ja511559d
51. Zou, S.; Burke, M. S.; Kast, M. G.; Fan, J.; Danilovic, N.; Boettcher, S. W. Chem. Mater. 2015, 27, 8011-8020 10.1021/acs.chemmater.5b03404
52. Chen, J. Y. C.; Dang, L.; Liang, H.; Bi, W.; Gerken, J. B.; Jin, S.; Alp, E. E.; Stahl, S. S. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15090-15093 10.1021/jacs.5b10699
53. Oliver-Tolentino, M. A.; Vázquez-Samperio, J.; Manzo-Robledo, A.; González-Huerta, R. d.-G.; Flores-Moreno, J. L.; Ramírez-Rosales, D.; Guzmán-Vargas, A. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 22432-22438 10.1021/jp506946b
54. Seitz, L. C.; Pinaud, B. A.; Nordlund, D.; Jaramillo, T. F. ECS Trans. 2013, 58, 285-291 10.1149/05802.0285ecst
55. Seitz, L. C.; Pinaud, B. A.; Nordlund, D.; Gorlin, Y.; Gallo, A.; Jaramillo, T. F. J. Electrochem. Soc. 2015, 162, H841-H846 10.1149/2.0931510jes
56. Trasatti, S.; Petrii, O. A. J. Electroanal. Chem. 1992, 327, 353-376 10.1016/0022-0728(92)80162-W
57. Sauerbrey, G. Eur. Phys. J. A 1959, 155, 206-222 10.1007/BF01337937
58. Klaus, S.; Louie, M. W.; Trotochaud, L.; Bell, A. T. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 18303-18316 10.1021/acs.jpcc.5b04776
59. Pourbaix, M. Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions; Pergamon Press: Oxford, 1966; p 194.
60. Schweitzer, G. K.; Pesterfield, L. L. The Aqueous Chemistry of the Elements; Oxford University Press: Oxford, 2009; p 269.
61. Balasubramanian, M.; Melendres, C. A.; Mansour, A. N. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 607-614 10.1149/1.1391651
62. Balasubramanian, M.; Melendres, C. A.; Mansour, A. N. Thin Solid Films 1999, 347, 178-183 10.1016/S0040-6090(98)01754-4
63. Haber, J. A.; Anzenburg, E.; Yano, J.; Kisielowski, C.; Gregoire, J. M. Adv. Energy Mater. 2015, 5, Article No. 1402307 10.1002/aenm.201402307
64. Moulder, J. F.; Stickle, W. F.; Sobol, P. E.; Bomben, K. D. Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy: a reference book of standard spectra for identification and interpretation of XPS data; Chastain, J., Ed.; Perkin-Elmer: Eden Prairie, MN, 1992; p 45.
65. Klaus, S.; Trotochaud, L.; Cheng, M.-J.; Head-Gordon, M.; Bell, A. T. ChemElectroChem 2016, 3, 66-73 10.1002/celc.201500364
66. Doyle, R. L.; Godwin, I. J.; Brandon, M. P.; Lyons, M. E. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 13737-13783 10.1039/c3cp51213d
67. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2 nd ed.; John Wiley & Sons: New York, 2001; pp 108-115.
68. Trześniewski, B. J.; Diaz-Morales, O.; Vermaas, D. A.; Longo, A.; Bras, W.; Koper, M. T. M.; Smith, W. A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15112-15121 10.1021/jacs.5b06814
69. Tung, C.-W.; Hsu, Y.-Y.; Shen, Y.-P.; Zheng, Y.; Chan, T.-S.; Sheu, H.-S.; Cheng, Y.-C.; Chen, H. M. Nat. Commun. 2015, 6, 8106 10.1038/ncomms9106
70. Bergmann, A.; Martinez-Moreno, E.; Teschner, D.; Chernev, P.; Gliech, M.; de Araújo, J. F.; Reier, T.; Dau, H.; Strasser, P. Nat. Commun. 2015, 6, 8625 10.1038/ncomms9625