Activities and Stabilities of Au-Modified Stepped-Pt Single-Crystal Electrodes as Model Cathode Catalysts in Polymer Electrolyte Fuel Cells

Journal of the American Chemical Society

Volumn 138, Issue 12, 2016, Pages 4194-4200

  Kodama, Kensaku ^a   Jinnouchi, Ryosuke ^a   Takahashi, Naoko ^a   Murata, Hajime ^a   Morimoto, Yu ^a  

^a Rd Management Section   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYSTS; CATHODES; ELECTRODES; ELECTROLYTES; ELECTROLYTIC REDUCTION; FUEL CELLS; PLATINUM; PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS (PEMFC); SINGLE CRYSTAL SURFACES; SOLID ELECTROLYTES; SURFACE TREATMENT;

CATHODE CATALYST; ELECTROCATALYTIC ACTIVITY; OXYGEN REDUCTION REACTION; POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELLS; POTENTIAL CYCLES; PT SINGLE-CRYSTAL SURFACES; STEPPED PT SINGLE CRYSTALS; SURFACE REORGANIZATION;

POLYELECTROLYTES;

GOLD; OXYGEN; PLATINUM; POLYMER;

ADSORPTION; ARTICLE; BIOTECHNOLOGICAL PROCEDURES; CATALYSIS; CRYSTAL; DESORPTION; ELECTRODE; IMMERSION; OXIDATION; POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL; SURFACE PROPERTY;

EID: 84964318303     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.6b00359     Document Type: Article

References (80)

1. Nørskov, J. K.; Rossmeisl, J.; Logadottir, A.; Lindqvist, L.; Kitchin, J. R.; Bligaard, T.; Jonsson, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 17886-17892 10.1021/jp047349j
2. Yu, T. H.; Hofmann, T.; Sha, Y.; Merinov, B. V.; Myers, D. J.; Heske, C.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 26598-26607 10.1021/jp4071554
3. Gasteiger, H. A.; Kocha, S. S.; Sompalli, B.; Wagner, F. T. Appl. Catal., B 2005, 56, 9-35 10.1016/j.apcatb.2004.06.021
4. Joo, S. H.; Kwon, K.; You, D. J.; Pak, C.; Chang, H.; Kim, J. M. Electrochim. Acta 2009, 54, 5746-5753 10.1016/j.electacta.2009.05.022
5. Nesselberger, M.; Ashton, S.; Meier, J. C.; Katsounaros, I.; Mayrhofer, K. J. J.; Arenz, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17428-17433 10.1021/ja207016u
6. Shao, M. H.; Peles, A.; Shoemaker, K. Nano Lett. 2011, 11, 3714-3719 10.1021/nl2017459
7. Xu, Z.; Zhang, H. M.; Zhong, H. X.; Lu, Q. H.; Wang, Y. F.; Su, D. S. Appl. Catal., B 2012, 111-112, 264-270 10.1016/j.apcatb.2011.10.007
8. Perez-Alonso, F. J.; McCarthy, D. N.; Nierhoff, A.; Hernandez-Fernandez, P.; Strebel, C.; Stephens, I. E. L.; Nielsen, J. H.; Chorkendorff, I. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 4641-4643 10.1002/anie.201200586
9. Toda, T.; Igarashi, H.; Watanabe, M. J. Electrochem. Soc. 1998, 145, 4185-4188 10.1149/1.1838934
10. Stamenkovic, V. R.; Fowler, B.; Mun, B. S.; Wang, G. F.; Ross, P. N.; Lucas, C. A.; Markovic, N. M. Science 2007, 315, 493-497 10.1126/science.1135941
11. Koh, S.; Strasser, P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12624-12625 10.1021/ja0742784
12. Cui, C. H.; Gan, L.; Li, H. H.; Yu, S. H.; Heggen, M.; Strasser, P. Nano Lett. 2012, 12, 5885-5889 10.1021/nl3032795
13. Choi, S. I.; Xie, S. F.; Shao, M. H.; Odell, J. H.; Lu, N.; Peng, H. C.; Protsailo, L.; Guerrero, S.; Park, J. H.; Xia, X. H.; Wang, J. G.; Kim, M. J.; Xia, Y. N. Nano Lett. 2013, 13, 3420-3425 10.1021/nl401881z
14. Chen, C.; Kang, Y. J.; Huo, Z. Y.; Zhu, Z. W.; Huang, W. Y.; Xin, H. L. L.; Snyder, J. D.; Li, D. G.; Herron, J. A.; Mavrikakis, M.; Chi, M. F.; More, K. L.; Li, Y. D.; Markovic, N. M.; Somorjai, G. A.; Yang, P. D.; Stamenkovic, V. R. Science 2014, 343, 1339-1343 10.1126/science.1249061
15. Hernandez-Fernandez, P.; Masini, F.; McCarthy, D. N.; Strebel, C. E.; Friebel, D.; Deiana, D.; Malacrida, P.; Nierhoff, A.; Bodin, A.; Wise, A. M.; Nielsen, J. H.; Hansen, T. W.; Nilsson, A.; Stephens, I. E. L.; Chorkendorff, I. Nat. Chem. 2014, 6, 732-738 10.1038/nchem.2001
16. Huang, X. Q.; Zhao, Z. P.; Cao, L.; Chen, Y.; Zhu, E. B.; Lin, Z. Y.; Li, M. F.; Yan, A. M.; Zettl, A.; Wang, Y. M.; Duan, X. F.; Mueller, T.; Huang, Y. Science 2015, 348, 1230-1234 10.1126/science.aaa8765
17. Zhang, J. L.; Vukmirovic, M. B.; Xu, Y.; Mavrikakis, M.; Adzic, R. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 2132-2135 10.1002/anie.200462335
18. Zhang, J.; Lima, F. H. B.; Shao, M. H.; Sasaki, K.; Wang, J. X.; Hanson, J.; Adzic, R. R. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 22701-22704 10.1021/jp055634c
19. Zhao, X.; Chen, S.; Fang, Z. C.; Ding, J.; Sang, W.; Wang, Y. C.; Zhao, J.; Peng, Z. M.; Zeng, J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2804-2807 10.1021/ja511596c
20. Choi, S. I.; Shao, M. H.; Lu, N.; Ruditskiy, A.; Peng, H. C.; Park, J.; Guerrero, S.; Wang, J. G.; Kim, M. J.; Xia, Y. N. ACS Nano 2014, 8, 10363-10371 10.1021/nn5036894
21. Tsai, H. C.; Hsieh, Y. C.; Yu, T. H.; Lee, Y. J.; Wu, Y. H.; Merinov, B. V.; Wu, P. W.; Chen, S. Y.; Adzic, R. R.; Goddard, W. A. ACS Catal. 2015, 5, 1568-1580 10.1021/cs501020a
22. Lin, S. P.; Wang, K. W.; Liu, C. W.; Chen, H. S.; Wang, J. H. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 15224-15231 10.1021/acs.jpcc.5b02849
23. Spanos, I.; Kirkensgaard, J. J. K.; Mortensen, K.; Arenz, M. J. Power Sources 2014, 245, 908-914 10.1016/j.jpowsour.2013.07.023
24. Shao, M. H.; Odell, J. H.; Peles, A.; Su, D. Chem. Commun. 2014, 50, 2173-2176 10.1039/c3cc47341d
25. Du, M. S.; Cui, L. S.; Cao, Y.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7397-7403 10.1021/jacs.5b03034
26. Yang, J. H.; Chen, X. J.; Yang, X. F.; Ying, J. Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8976-8981 10.1039/c2ee22172a
27. Suzuki, S.; Onodera, T.; Kawaji, J.; Mizukami, T.; Yamaga, K. Appl. Catal., A 2012, 427-428, 92-97 10.1016/j.apcata.2012.03.034
28. Hoshi, Y.; Yoshida, T.; Nishikata, A.; Tsuru, T. Electrochim. Acta 2011, 56, 5302-5309 10.1016/j.electacta.2011.04.007
29. 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, 142-143, 801-808 10.1016/j.apcatb.2013.06.011
30. Schuppert, A. K.; Savan, A.; Ludwig, A.; Mayrhofer, K. J. J. Electrochim. Acta 2014, 144, 332-340 10.1016/j.electacta.2014.07.113
31. Holby, E. F.; Sheng, W. C.; Shao-Horn, Y.; Morgan, D. Energy Environ. Sci. 2009, 2, 865-871 10.1039/b821622n
32. Matsutani, K.; Hayakawa, K.; Tada, T. Platinum Met. Rev. 2010, 54, 223-232 10.1595/147106710X523698
33. Garbarino, S.; Pereira, A.; Hamel, C.; Irissou, E.; Chaker, M.; Guay, D. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 2980-2988 10.1021/jp908724k
34. Yang, Z.; Ball, S.; Condit, D.; Gummalla, M. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, B1439-B1445 10.1149/2.081111jes
35. Xu, Z.; Zhang, H. M.; Zhong, H. X.; Lu, Q. H.; Wang, Y. F.; Su, D. S. Appl. Catal., B 2012, 111-112, 264-270 10.1016/j.apcatb.2011.10.007
36. Yu, K.; Groom, D. J.; Wang, X. P.; Yang, Z. W.; Gummalla, M.; Ball, S. C.; Myers, D. J.; Ferreira, P. J. Chem. Mater. 2014, 26, 5540-5548 10.1021/cm501867c
37. Choi, S. I.; Xie, S. F.; Shao, M. H.; Lu, N.; Guerrero, S.; Odell, J. H.; Park, J.; Wang, J. G.; Kim, M. J.; Xia, Y. N. ChemSusChem 2014, 7, 1476-1483 10.1002/cssc.201400051
38. Nonoyama, N.; Okazaki, S.; Weber, A. Z.; Ikogi, Y.; Yoshida, T. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, B416-B423 10.1149/1.3546038
39. Greszler, T. A.; Caulk, D.; Sinha, P. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, F831-F840 10.1149/2.061212jes
40. Owejan, J. P.; Owejan, J. E.; Gu, W. B. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, F824-F833 10.1149/2.072308jes
41. Fukuyama, Y.; Shiomi, T.; Kotaka, T.; Tabuchi, Y. Electrochim. Acta 2014, 117, 367-378 10.1016/j.electacta.2013.11.179
42. Weber, A. Z.; Kusoglu, A. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 17207-17211 10.1039/C4TA02952F
43. Liu, H.; Epting, W. K.; Litster, S. Langmuir 2015, 31, 9853-9858 10.1021/acs.langmuir.5b02487
44. Hao, L.; Moriyama, K.; Gu, W. B.; Wang, C. Y. J. Electrochem. Soc. 2015, 162, F854-F867 10.1149/2.0221508jes
45. Choo, M. J.; Oh, K. H.; Park, J. K.; Kim, H. T. ChemElectroChem 2015, 2, 382-388 10.1002/celc.201402354
46. Greeley, J.; Rossmeisl, J.; Hellmann, A.; Nørskov, J. K. Z. Phys. Chem. 2007, 221, 1209-1220 10.1524/zpch.2007.221.9-10.1209
47. Tritsaris, G. A.; Greeley, J.; Rossmeisl, J.; Nørskov, J. K. Catal. Lett. 2011, 141, 909-913 10.1007/s10562-011-0637-8
48. Jinnouchi, R.; Toyoda, E.; Hatanaka, T.; Morimoto, Y. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 17557-17568 10.1021/jp106593d
49. Frydendal, R.; Paoli, E. A.; Chorkendorff, I.; Rossmeisl, J.; Stephens, I. L. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500991 10.1002/aenm.201500991
50. Wei, G. F.; Liu, Z. P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 18555-18561 10.1039/c3cp53758g
51. Jinnouchi, R.; Kodama, K.; Suzuki, T.; Morimoto, Y. Catal. Today 2016, 262, 100-109 10.1016/j.cattod.2015.08.020
52. Zhang, J.; Sasaki, K.; Sutter, E.; Adzic, R. R. Science 2007, 315, 220-222 10.1126/science.1134569
53. Zhang, Y.; Huang, Q. H.; Zou, Z. Q.; Yang, J. F.; Vogel, W.; Yang, H. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 6860-6868 10.1021/jp100559g
54. Takahashi, S.; Chiba, H.; Kato, T.; Endo, S.; Hayashi, T.; Todoroki, N.; Wadayama, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 18638-18644 10.1039/C5CP02048D
55. Momma, K.; Izumi, F. J. Appl. Crystallogr. 2011, 44, 1272-1276 10.1107/S0021889811038970
56. Macia, M. D.; Campina, J. M.; Herrero, E.; Feliu, J. M. J. Electroanal. Chem. 2004, 564, 141-150 10.1016/j.jelechem.2003.09.035
57. Kuzume, A.; Herrero, E.; Feliu, J. M. J. Electroanal. Chem. 2007, 599, 333-343 10.1016/j.jelechem.2006.05.006
58. Hitotsuyanagi, A.; Nakamura, M.; Hoshi, N. Electrochim. Acta 2012, 82, 512-516 10.1016/j.electacta.2012.03.133
59. Hoshi, N.; Nakamura, M.; Hitotsuyanagi, A. Electrochim. Acta 2013, 112, 899-904 10.1016/j.electacta.2013.05.045
60. Schmid, G. M. Standard Potentials in Aqueous Solution; Marcel Dekker: New York, 1985.
61. Cahan, B. D.; Villullas, H. M. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1991, 307, 263-268 10.1016/0022-0728(91)85553-2
62. Wakisaka, M.; Suzuki, H.; Mitsui, S.; Uchida, H.; Watanabe, M. Langmuir 2009, 25, 1897-1900 10.1021/la803050r
63. Bondarenko, A. S.; Stephens, I. E. L.; Hansen, H. A.; Perez-Alonso, F. J.; Tripkovic, V.; Johansson, T. P.; Rossmeisl, J.; Nørskov, J. K.; Chorkendorff, I. Langmuir 2011, 27, 2058-2066 10.1021/la1042475
64. Love, B.; Seto, K.; Lipkowski, J. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1986, 199, 219-228 10.1016/0022-0728(86)87055-3
65. Markovic, N. M.; Marinkovic, N. S.; Adzic, R. R. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1988, 241, 309-328 10.1016/0022-0728(88)85134-9
66. Gomez, R.; Feliu, J. M.; Abruna, H. D. Langmuir 1994, 10, 4315-4323 10.1021/la00023a063
67. Björling, A.; Ahlberg, E.; Feliu, J. M. Electrochem. Commun. 2010, 12, 359-361 10.1016/j.elecom.2009.12.034
68. Yeh, J. J.; Lindau, I. At. Data Nucl. Data Tables 1985, 32, 1-155 10.1016/0092-640X(85)90016-6
69. Carley, A. F.; Roberts, M. W. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1978, 363, 403-424 10.1098/rspa.1978.0175
70. Tanuma, S.; Powell, C. J.; Penn, D. R. Surf. Interface Anal. 1988, 11, 577-589 10.1002/sia.740111107
71. Herrero, E.; Climent, V.; Feliu, J. M. Electrochem. Commun. 2000, 2, 636-640 10.1016/S1388-2481(00)00093-X
72. Deng, L.; Hu, W. Y.; Deng, H. Q.; Xiao, S. F. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11026-11032 10.1021/jp100194p
73. Yamakawa, S.; Asahi, R.; Koyama, T. Surf. Sci. 2014, 622, 65-70 10.1016/j.susc.2013.12.008
74. Hazzazi, O. A.; Attard, G. A.; Wells, P. B.; Vidal-Iglesias, F. J.; Casadesus, M. J. Electroanal. Chem. 2009, 625, 123-130 10.1016/j.jelechem.2008.10.016
75. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochmical methods, Fundamentals and Applications, 2 nd ed.; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, 2001; pp 339-341.
76. Bandarenka, A. S.; Hansen, H. A.; Rossmeisl, J.; Stephens, I. E. L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 13625-13629 10.1039/c4cp00260a
77. Rossmeisl, J.; Nørskov, J. K. Surf. Sci. 2008, 602, 2337-2338 10.1016/j.susc.2008.05.015
78. 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
79. Jinnouchi, R.; Nagoya, A.; Kodama, K.; Morimoto, Y. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 16743-16753 10.1021/acs.jpcc.5b04598
80. Nagoya, A.; Jinnouchi, R.; Kodama, K.; Morimoto, Y. J. Electroanal. Chem. 2015, 757, 116-127 10.1016/j.jelechem.2015.09.009