Structural and mechanistic basis for the high activity of Fe-N-C catalysts toward oxygen reduction

Energy and Environmental Science

Volumn 9, Issue 7, 2016, Pages 2418-2432

  Li, Jingkun ^a   Ghoshal, Shraboni ^a   Liang, Wentao ^a   Sougrati, Moulay Tahar ^b   Jaouen, Frédéric ^b   Halevi, Barr ^c   McKinney, Samuel ^c   McCool, Geoff ^c   Ma, Chunrong ^d   Yuan, Xianxia ^d   Ma, Zi Feng ^d   Mukerjee, Sanjeev ^a   Jia, Qingying ^a  

^a NORTHEASTERN UNIVERSITY   (United States)

^b UNIV MONTPELLIER   (France)

^c Pajarito Powder LLC   (United States)

^d SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOMIMETICS; CATALYSTS; CRYSTALLINE MATERIALS; ELECTROLYTIC REDUCTION; FUEL CELLS; ORGANOMETALLICS; OXYGEN; REDOX REACTIONS; ROTATING DISKS;

DISORDERED CARBON; METAL ORGANIC FRAMEWORK; OXYGEN REDUCTION REACTION; REACTION MECHANISM; ROTATING DISK ELECTRODES; SPECTROSCOPIC TECHNIQUE; SUSTAINABLE ENERGY; TURNOVER FREQUENCY;

CATALYST ACTIVITY;

CARBON; CATALYST; ELECTRODE; FUEL CELL; OXYGEN; REDOX POTENTIAL; REDUCTION; RENEWABLE RESOURCE; SUSTAINABLE DEVELOPMENT;

EID: 84978431636     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c6ee01160h     Document Type: Article

References (73)

1. H. A. Gasteiger S. S. Kocha B. Sompalli F. T. Wagner Appl. Catal., B 2005 56 9
2. M. K. Debe Nature 2012 486 43
3. G. Wu A. Santandreu W. Kellogg S. Gupta O. Ogoke H. Zhang H.-L. Wang L. Dai Nano Energy 2016 10.1016/j.nanoen.2015.12.032
4. M. Shao Q. Chang J.-P. Dodelet R. Chenitz Chem. Rev. 2016 116 3594
5. A. Zitolo V. Goellner V. Armel M.-T. Sougrati T. Mineva L. Stievano E. Fonda F. Jaouen Nat. Mater. 2015 14 937
6. K. Strickland E. Miner Q. Jia U. Tylus N. Ramaswamy W. Liang M.-T. Sougrati F. Jaouen S. Mukerjee Nat. Commun. 2015 6 7343
7. G. Wu K. L. More C. M. Johnston P. Zelenay Science 2011 332 443
8. E. Proietti F. Jaouen M. Lefèvre N. Larouche J. Tian J. Herranz J.-P. Dodelet Nat. Commun. 2011 2 416
9. M. Lefèvre E. Proietti F. Jaouen J.-P. Dodelet Science 2009 324 71
10. H. Schulenburg S. Stankov V. Schünemann J. Radnik I. Dorbandt S. Fiechter P. Bogdanoff H. Tributsch J. Phys. Chem. B 2003 107 9034
11. U. I. Koslowski I. Abs-Wurmbach S. Fiechter P. Bogdanoff J. Phys. Chem. C 2008 112 15356
12. U. I. Kramm I. Abs-Wurmbach I. Herrmann-Geppert J. Radnik S. Fiechter P. Bogdanoff J. Electrochem. Soc. 2011 158 B69
13. M. Ferrandon A. J. Kropf D. J. Myers K. Artyushkova U. Kramm P. Bogdanoff G. Wu C. M. Johnston P. Zelenay J. Phys. Chem. C 2012 116 16001
14. Q. Jia N. Ramaswamy H. Hafiz U. Tylus K. Strickland G. Wu B. Barbiellini A. Bansil E. F. Holby P. Zelenay S. Mukerjee ACS Nano 2015 9 12496
15. U. Tylus Q. Jia K. Strickland N. Ramaswamy A. Serov P. Atanassov S. Mukerjee J. Phys. Chem. C 2014 118 8999
16. N. Ramaswamy U. Tylus Q. Jia S. Mukerjee J. Am. Chem. Soc. 2013 135 15443
17. U. I. Kramm M. Lefèvre N. Larouche D. Schmeisser J.-P. Dodelet J. Am. Chem. Soc. 2013 136 978
18. U. I. Kramm J. Herranz N. Larouche T. M. Arruda M. Lefevre F. Jaouen P. Bogdanoff S. Fiechter I. Abs-Wurmbach S. Mukerjee J.-P. Dodelet Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 11673
19. A. L. Bouwkamp-Wijnoltz W. Visscher J. A. R. van Veen E. Boellaard A. M. van der Kraan S. C. Tang J. Phys. Chem. B 2002 106 12993
20. D. Guo R. Shibuya C. Akiba S. Saji T. Kondo J. Nakamura Science 2016 351 361
21. B. Winther-Jensen O. Winther-Jensen M. Forsyth D. R. MacFarlane Science 2008 321 671
22. Y. Hu J. O. Jensen W. Zhang L. N. Cleemann W. Xing N. J. Bjerrum Q. Li Angew. Chem., Int. Ed. 2014 53 3675
23. D. Deng L. Yu X. Chen G. Wang L. Jin X. Pan J. Deng G. Sun X. Bao Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 371
24. L. Birry J. H. Zagal J.-P. Dodelet Electrochem. Commun. 2010 12 628
25. C. A. Melendres J. Phys. Chem. 1980 84 1936
26. F. Calle-Vallejo J. I. Martinez J. Rossmeisl Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 15639
27. S. Maldonado K. J. Stevenson J. Phys. Chem. B 2004 108 11375
28. G. Liu X. Li P. Ganesan B. N. Popov Electrochim. Acta 2010 55 2853
29. G. Zhang R. Chenitz M. Lefèvre S. Sun J.-P. Dodelet Nano Energy 2016 10.1016/j.nanoen.2016.02.038
30. J. Masa W. Xia M. Muhler W. Schuhmann Angew. Chem., Int. Ed. 2015 54 10102
31. U. I. Kramm I. Herrmann-Geppert J. Behrends K. Lips S. Fiechter P. Bogdanoff J. Am. Chem. Soc. 2016 138 635
32. J.-P. Dodelet R. Chenitz L. Yang M. Lefèvre ChemCatChem 2014 6 1866
33. M. Tavakkoli T. Kallio O. Reynaud A. G. Nasibulin C. Johans J. Sainio H. Jiang E. I. Kauppinen K. Laasonen Angew. Chem., Int. Ed. 2015 54 4535
34. D. Y. Chung S. W. Jun G. Yoon S. G. Kwon D. Y. Shin P. Seo J. M. Yoo H. Shin Y.-H. Chung H. Kim B. S. Mun K.-S. Lee N.-S. Lee S. J. Yoo D.-H. Lim K. Kang Y.-E. Sung T. Hyeon J. Am. Chem. Soc. 2015 137 15478
35. K. Artyushkova A. Serov S. Rojas-Carbonell P. Atanassov J. Phys. Chem. C 2015 119 25917
36. T. S. Olson S. Pylypenko J. E. Fulghum P. Atanassov J. Electrochem. Soc. 2010 157 B54
37. E. F. Holby C. D. Taylor Sci. Rep. 2015 5 9286
38. C. E. Szakacs M. Lefevre U. I. Kramm J.-P. Dodelet F. Vidal Phys. Chem. Chem. Phys. 2014 16 13654
39. S. Kattel G. Wang J. Mater. Chem. A 2013 1 10790
40. N. R. Sahraie U. I. Kramm J. Steinberg Y. Zhang A. Thomas T. Reier J.-P. Paraknowitsch P. Strasser Nat. Commun. 2015 6 8618
41. M. Dresselhaus A. Jorio R. Saito Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2010 1 89
42. H.-W. Liang W. Wei Z.-S. Wu X. Feng K. Müllen J. Am. Chem. Soc. 2013 135 16002
43. F. Jaouen M. Lefèvre J.-P. Dodelet M. Cai J. Phys. Chem. B 2006 110 5553
44. F. Jaouen J. Herranz M. Lefevre J.-P. Dodelet U. I. Kramm I. Herrmann P. Bogdanoff J. Maruyama T. Nagaoka A. Garsuch ACS Appl. Mater. Interfaces 2009 1 1623
45. P. H. Matter E. Wang M. Arias E. J. Biddinger U. S. Ozkan J. Mol. Catal. A: Chem. 2007 264 73
46. Y.-k. Zhou B.-l. He W.-j. Zhou J. Huang X.-h. Li B. Wu H.-l. Li Electrochim. Acta 2004 49 257
47. Q. Li G. Wu D. A. Cullen K. L. More N. H. Mack H. T. Chung P. Zelenay ACS Catal. 2014 4 3193
48. D. R. Rolison Science 2003 299 1698
49. J. Shui C. Chen L. Grabstanowicz D. Zhao D.-J. Liu Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015 112 10629
50. E. Kuzmann A. Nath V. Chechersky S. Li Y. Wei X. Chen J. Li Z. Homonnay M. Gál V. K. Garg Z. Klencsár A. Vértes Hyperfine Interact. 2002 139 631
51. V. Briois P. Sainctavit G. J. Long F. Grandjean Inorg. Chem. 2001 40 912
52. M. T. Sougrati V. Goellner A. K. Schuppert L. Stievano F. Jaouen Catal. Today 2016 262 110
53. C. H. Choi C. Baldizzone G. Polymeros E. Pizzutilo O. Kasian A. K. Schuppert N. Ranjbar Sahraie M.-T. Sougrati K. J. J. Mayrhofer F. Jaouen ACS Catal. 2016 6 3136
54. U. I. Koslowski I. Abs-Wurmbach S. Fiechter P. Bogdanoff J. Phys. Chem. C 2008 112 15356
55. A. A. Tanaka C. Fierro D. Scherson E. B. Yaeger J. Phys. Chem. 1987 91 3799
56. M.-L. Boillot J. Zarembowitch J.-P. Itie A. Polian E. Bourdet J. G. Haasnoot New J. Chem. 2002 26 313
57. R. Cao R. Thapa H. Kim X. Xu M. Gyu Kim Q. Li N. Park M. Liu J. Cho Nat. Commun. 2013 4 2076
58. F. Jaouen, Non-Noble Metal Fuel Cell Catalysts, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2014, p. 29
59. Y. Zhu B. Zhang X. Liu D.-W. Wang D. S. Su Angew. Chem., Int. Ed. 2014 53 10673
60. W. R. Scheidt C. A. Reed Chem. Rev. 1981 81 543
61. I. C. Stefan Y. Mo S. Y. Ha S. Kim D. A. Scherson Inorg. Chem. 2003 42 4316
62. R. Chen H. Li D. Chu G. Wang J. Phys. Chem. C 2009 113 20689
63. C. Fierro A. B. Anderson D. A. Scherson J. Phys. Chem. 1988 92 6902
64. I. T. Bae D. A. Tryk D. A. Scherson J. Phys. Chem. B 1998 102 4114
65. D. Singh J. Tian K. Mamtani J. King J. T. Miller U. S. Ozkan J. Catal. 2014 317 30
66. A. van der Putten A. Elzing W. Visscher E. Barendrecht J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1987 221 95
67. S. Gottesfeld ECS Trans. 2014 61 1
68. S. Gottesfeld, in Fuel cell catalysis: a surface science approach, ed., M. T. M. Koper, Wiley, Hoboken, NJ, 2009
69. C. Mottillo Y. Lu M.-H. Pham M. J. Cliffe T.-O. Do T. Friščić Green Chem. 2013 15 2121
70. T. M. Arruda B. Shyam J. S. Lawton N. Ramaswamy D. E. Budil D. E. Ramaker S. Mukerjee J. Phys. Chem. C 2010 114 1028
71. Q. Jia K. Caldwell J. M. Ziegelbauer A. Kongkanand F. T. Wagner S. Mukerjee D. E. Ramaker J. Electrochem. Soc. 2014 161 F1323
72. Q. Jia K. Caldwell K. Strickland J. M. Ziegelbauer Z. Liu Z. Yu D. E. Ramaker S. Mukerjee ACS Catal. 2014 5 176
73. Q. Jia E. Lewis C. Grice E. Smotkin C. Segre JPCS 2009 190 012157