How Doped MoS2 Breaks Transition-Metal Scaling Relations for CO2 Electrochemical Reduction

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 7, 2016, Pages 4428-4437

  Hong, Xin ^a   Chan, Karen ^a   Tsai, Charlie ^a   Nørskov, Jens K ^a,b  

^a Stanford University   (United States)

^b SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

Author keywords

CO2 reduction; density functional theory; electrocatalysis; MoS2; scaling relationship

Indexed keywords

BINDING ENERGY; BINDING SITES; BINS; CARBON DIOXIDE; CATALYSTS; ELECTROCATALYSIS; ELECTROLYTIC REDUCTION; METALS; MOLYBDENUM COMPOUNDS; REDUCTION; SULFUR; TRANSITION METALS;

ADSORPTION ENERGIES; CATALYTIC EFFICIENCIES; CHARGE DENSITY DIFFERENCE; ELECTROCHEMICAL REDUCTIONS; FUNDAMENTAL LIMITATIONS; SCALING RELATIONSHIPS; TRANSITION METAL CATALYSTS; TRANSITION METAL SURFACES;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 84977138049     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b00619     Document Type: Article

References (65)

1. Gattrell, M.; Gupta, N.; Co, A. J. Electroanal. Chem. 2006, 594, 1-19 10.1016/j.jelechem.2006.05.013
2. Kuhl, K. P.; Cave, E. R.; Abram, D. N.; Jaramillo, T. F. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7050-7059 10.1039/c2ee21234j
3. Benson, E. E.; Kubiak, C. P.; Sathrum, A. J.; Smieja, J. M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 89-99 10.1039/B804323J
4. Rakowski Dubois, M.; Dubois, D. L. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1974-1982 10.1021/ar900110c
5. Qiao, J.; Liu, Y.; Hong, F.; Zhang, J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 631-675 10.1039/C3CS60323G
6. Nie, X.; Esopi, M. R.; Janik, M. J.; Asthagiri, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 2459-2462 10.1002/anie.201208320
7. Luo, W.; Nie, X.; Janik, M. J.; Asthagiri, A. ACS Catal. 2016, 6, 219-229 10.1021/acscatal.5b01967
8. Li, C. W.; Kanan, M. W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7231-7234 10.1021/ja3010978
9. Hori, Y.; Murata, A.; Kikuchi, K.; Suzuki, S. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1987, 728-729 10.1039/c39870000728
10. Hori, Y. Modern Aspects of Electrochemistry 42; Vayenas, C. G.; White, R. E.; Gamboa-Aldeco, M. E., Eds.; Springer: New York, 2008; pp 89-189.
11. Chen, Y.; Li, C. W.; Kanan, M. W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19969-19972 10.1021/ja309317u
12. Peterson, A. A.; Abild-Pedersen, F.; Studt, F.; Rossmeisl, J.; Nørskov, J. K. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1311-1315 10.1039/c0ee00071j
13. Peterson, A. A.; Nørskov, J. K. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 251-258 10.1021/jz201461p
14. Shi, C.; Hansen, H. A.; Lausche, A. C.; Nørskov, J. K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 4720-4727 10.1039/c3cp54822h
15. Hansen, H. A.; Varley, J. B.; Peterson, A. A.; Nørskov, J. K. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 388-392 10.1021/jz3021155
16. Kuhl, K. P.; Hatsukade, T.; Cave, E. R.; Abram, D. N.; Kibsgaard, J.; Jaramillo, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14107-14113 10.1021/ja505791r
17. Li, H.; Li, Y.; Koper, M. T. M.; Calle-Vallejo, F. J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 15694-15701 10.1021/ja508649p
18. Michalsky, R.; Zhang, Y.-J.; Peterson, A. A. ACS Catal. 2014, 4, 1274-1278 10.1021/cs500056u
19. 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
20. Swierk, J.; Klaus, S.; Trotochaud, L.; Bell, A. T.; Tilley, T. D. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 19022-19029 10.1021/acs.jpcc.5b05861
21. Tsai, C.; Chan, K.; Nørskov, J. K.; Abild-Pedersen, F. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3884-3889 10.1021/jz5020532
22. Tsai, C.; Chan, K.; Abild-Pedersen, F.; Nørskov, J. K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 13156-13164 10.1039/c4cp01237b
23. Chan, K.; Tsai, C.; Hansen, H. A.; Nørskov, J. K. ChemCatChem 2014, 6, 1899-1905 10.1002/cctc.201402128
24. Tsai, C.; Abild-Pedersen, F.; Nørskov, J. K. Nano Lett. 2014, 14, 1381-1387 10.1021/nl404444k
25. Tsai, C.; Chan, K.; Nørskov, J. K.; Abild-Pedersen, F. Catal. Sci. Technol. 2015, 5, 246-253 10.1039/C4CY01162G
26. Asadi, M.; Kumar, B.; Behranginia, A.; Rosen, B. A.; Baskin, A.; Repnin, N.; Pisasale, D.; Phillips, P.; Zhu, W.; Haasch, R.; Klie, R. F.; Kral, P.; Abiade, J.; Salehi-Khojin, A. Nat. Commun. 2014, 5, 4470 10.1038/ncomms5470
27. Clark, M. L.; Grice, K. A.; Moore, C. E.; Rheingold, A. L.; Kubiak, C. P. Chem. Sci. 2014, 5, 1894-1900 10.1039/c3sc53470g
28. Sieh, D.; Lacy, D. C.; Peters, J. C.; Kubiak, C. P. Chem.-Eur. J. 2015, 21, 8497-8503 10.1002/chem.201500463
29. Hinnemann, B.; Moses, P. G.; Bonde, J.; Jørgensen, K. P.; Nielsen, J. H.; Horch, S.; Chorkendorff, I.; Nørskov, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5308-5309 10.1021/ja0504690
30. Bollinger, M.; Jacobsen, K. W.; Nørskov, J. K. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2003, 67, 085410 10.1103/PhysRevB.67.085410
31. Helveg, S.; Lauritsen, J.; Lægsgaard, E.; Stensgaard, I.; Nørskov, J. K.; Clausen, B. S.; Topsøe, H.; Besenbacher, F. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 951-954 10.1103/PhysRevLett.84.951
32. Byskov, L. S.; Nørskov, J. K.; Clausen, B. S.; Topsøe, H. Catal. Lett. 2000, 64, 95-99 10.1023/A:1019063709813
33. Lauritsen, J. V.; Bollinger, M. V.; Lægsgaard, E.; Jacobsen, K. W.; Nørskov, J. K.; Clausen, B. S.; Topsøe, H.; Besenbacher, F. J. Catal. 2004, 221, 510-522 10.1016/j.jcat.2003.09.015
34. Shaner, M. R.; McKone, J. R.; Gray, H. B.; Lewis, N. S. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2977-2984 10.1039/C5EE01076D
35. Schweiger, H.; Raybaud, P.; Kresse, G.; Toulhoat, H. J. Catal. 2002, 207, 76-87 10.1006/jcat.2002.3508
36. Schweiger, H.; Raybaud, P.; Toulhoat, H. J. Catal. 2002, 212, 33-38 10.1006/jcat.2002.3737
37. Giannozzi, P.; Baroni, S.; Bonini, N.; Calandra, M.; Car, R.; Cavazzoni, C.; Chiarotti, C.; Ceresoli, D.; Chiarotti, G. L.; Cococcioni, M.; Dabo, I. et al. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 395502 10.1088/0953-8984/21/39/395502
38. Wellendorff, J.; Lundgaard, K. T.; Møgelhøj, A.; Petzold, V.; Landis, D. D.; Nørskov, J. K.; Bligaard, T.; Jacobsen, K. W. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 85, 235149 10.1103/PhysRevB.85.235149
39. Dion, M.; Rydberg, H.; Schroder, E.; Langreth, D. C.; Lundqvist, B. I. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 246401 10.1103/PhysRevLett.92.246401
40. Thonhauser, T.; Cooper, V. R.; Li, S.; Puzder, A.; Hyldgaard, P.; Langreth, D. C. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007, 76, 125112 10.1103/PhysRevB.76.125112
41. Young, P. J. Phys. D: Appl. Phys. 1968, 1, 936-938 10.1088/0022-3727/1/7/416
42. 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
43. Rossmeisl, J.; Chan, K.; Ahmed, R.; Tripković, V.; Björketun, M. E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 10321-10325 10.1039/c3cp51083b
44. Chan, K.; Eikerling, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 2106-2117 10.1039/C3CP54849J
45. Montoya, J.; Shi, C.; Chan, K.; Nørskov, J. K. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 2032-2037 10.1021/acs.jpclett.5b00722
46. Rossmeisl, J.; Chan, K.; Skúlason, E.; Björketun, M. E.; Tripković, V. Catal. Today 2016, 262, 36-40 10.1016/j.cattod.2015.08.016
47. Shi, C.; O'Grady, C. P.; Peterson, A. A.; Hansen, H. A.; Nørskov, J. K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 7114-7122 10.1039/c3cp50645b
48. Bligaard, T.; Nørskov, J. K.; Dahl, S.; Matthiesen, J.; Christensen, C. H.; Sehested, J. J. Catal. 2004, 224, 206-217 10.1016/j.jcat.2004.02.034
49. Plessow, P. N.; Abild-Pedersen, F. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 10448-10453 10.1021/acs.jpcc.5b02055
50. Nørskov, J. K.; Bligaard, T.; Logadottir, A.; Kitchin, J.; Chen, J.; Pandelov, S.; Stimming, U. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, J23-J26 10.1149/1.1856988
51. Mi, Q. X.; Coridan, R. H.; Brunschwig, B. S.; Gray, H. B.; Lewis, N. S. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2646-2653 10.1039/c3ee40712h
52. Mi, Q. X.; Zhanaidarova, A.; Brunschwig, B. S.; Gray, H. B.; Lewis, N. S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5694-5700 10.1039/c2ee02929d
53. Lichterman, M. F.; Carim, A. I.; McDowell, M. T.; Hu, S.; Gray, H. B.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3334-3337 10.1039/C4EE01914H
54. Saadi, F. H.; Carim, A. I.; Velazquez, J. M.; Baricuatro, J. H.; McCrory, C. C. L.; Soriaga, M. P.; Lewis, N. S. ACS Catal. 2014, 4, 2866-2873 10.1021/cs500412u
55. Carim, A. I.; Saadi, F. H.; Soriaga, M. P.; Lewis, N. S. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 13835-13839 10.1039/C4TA02611J
56. Velazquez, J. M.; Saadi, F. H.; Pieterick, A. P.; Spurgeon, J. M.; Soriaga, M. P.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S. J. Electroanal. Chem. 2014, 716, 45-48 10.1016/j.jelechem.2013.11.030
57. Hu, S.; Shaner, M. R.; Beardslee, J. A.; Lichterman, M.; Brunschwig, B. S.; Lewis, N. S. Science 2014, 344, 1005-1009 10.1126/science.1251428
58. Abild-Pedersen, F.; Greeley, J.; Studt, F.; Rossmeisl, J.; Munter, T. R.; Moses, P. G.; Skúlason, E.; Bligaard, T.; Nørskov, J. K. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 016105 10.1103/PhysRevLett.99.016105
59. Ess, D. H.; Houk, K. N. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10646-10647 10.1021/ja0734086
60. Legault, C. Y.; Garcia, Y.; Merlic, G. A.; Houk, K. N. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12664-12665 10.1021/ja075785o
61. Ess, D. H.; Houk, K. N. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10187-10198 10.1021/ja800009z
62. van Zeist, W.-J.; Bickelhaupt, F. M. Org. Biomol. Chem. 2010, 8, 3118-3127 10.1039/b926828f
63. Usharani, D.; Lacy, D. C.; Borovik, A. S.; Shaik, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17090-17104 10.1021/ja408073m
64. Yang, Y.-F.; Cheng, G.-J.; Liu, P.; Leow, D.; Sun, T.-Y.; Chen, P.; Zhang, X.; Yu, J.-Q.; Wu, Y.-D.; Houk, K. N. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 344-355 10.1021/ja410485g
65. Hong, X.; Liang, Y.; Houk, K. N. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2017-2025 10.1021/ja4118413