Unraveling the Catalytic Mechanism of Rutile RuO2 for the Oxygen Reduction Reaction and Oxygen Evolution Reaction in Li-O2 Batteries

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 9, 2016, Pages 6285-6293

  Shi, Le ^a   Zhao, Tianshou ^a   Xu, Ao ^a   Wei, Zhaohuan ^a  

^a HONG KONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Hong Kong)

Author keywords

catalytic mechanism; density functional theory (DFT); nonaqueous lithium oxygen batteries; oxygen evolution reaction (OER); oxygen reduction reaction (ORR); rutile RuO2

Indexed keywords

CALCULATIONS; CATALYSIS; CATALYST ACTIVITY; CATALYSTS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRIC BATTERIES; ELECTROLYTIC REDUCTION; LITHIUM; LITHIUM-ION BATTERIES; OXIDE MINERALS; PHASE INTERFACES; RUTHENIUM ALLOYS; SECONDARY BATTERIES;

CATALYTIC MECHANISMS; LITHIUM-OXYGEN BATTERIES; OXYGEN EVOLUTION REACTION; OXYGEN REDUCTION REACTION; RUTILE RUO2;

OXYGEN;

EID: 84984863553     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b01778     Document Type: Article

References (59)

1. Luntz, A. C.; McCloskey, B. D. Chem. Rev. 2014, 114, 11721-11750 10.1021/cr500054y
2. Park, M.; Sun, H.; Lee, H.; Lee, J.; Cho, J. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 780-800 10.1002/aenm.201200020
3. Wang, J.; Li, Y.; Sun, X. Nano Energy 2013, 2, 443-467 10.1016/j.nanoen.2012.11.014
4. Peng, Z.; Freunberger, S. A.; Chen, Y.; Bruce, P. G. Science 2012, 337, 563-566 10.1126/science.1223985
5. Rahman, M. A.; Wang, X.; Wen, C. J. Appl. Electrochem. 2014, 44, 5-22 10.1007/s10800-013-0620-8
6. Lu, Y. C.; Gallant, B. M.; Kwabi, D. G.; Harding, J. R.; Mitchell, R. R.; Whittingham, M. S.; Shao-Horn, Y. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 750-768 10.1039/c3ee23966g
7. Shi, L.; Zhao, T. S. Sci. Bull. 2015, 60, 281-282 10.1007/s11434-014-0706-7
8. Zhou, X. J.; Qiao, J. L.; Yang, L.; Zhang, J. J. Adv. Energy Mater. 2014, 4 (8) 1301523 10.1002/aenm.201301523
9. Liew, K. B.; Daud, W. R.; Ghasemi, M.; Leong, J. X.; Lim, S. S.; Ismail, M. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 4870-4883 10.1016/j.ijhydene.2014.01.062
10. Nagai, T.; Yamazaki, S. I.; Fujiwara, N.; Asahi, M.; Siroma, Z.; Ioroi, T. J. Electrochem. Soc. 2016, 163, F347-F352 10.1149/2.0391605jes
11. Li, B.; Gu, M.; Nie, Z.; Wei, X.; Wang, C.; Sprenkle, V.; Wang, W. Nano Lett. 2014, 14, 158-165 10.1021/nl403674a
12. Wang, W.; Luo, Q.; Li, B.; Wei, X.; Li, L.; Yang, Z. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 970-986 10.1002/adfm.201200694
13. Kim, H. J.; Jung, S. C.; Han, Y. K.; Oh, S. H. Nano Energy 2015, 13, 679-686 10.1016/j.nanoen.2015.03.030
14. Zheng, Y.; Song, K.; Jung, J.; Li, C.; Heo, Y. U.; Park, M. S.; Cho, M.; Kang, Y. M.; Cho, K. Chem. Mater. 2015, 27, 3243-3249 10.1021/acs.chemmater.5b00056
15. Dathar, G. K.; Shelton, W. A.; Xu, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 891-895 10.1021/jz300142y
16. McCloskey, B. D.; Scheffler, R.; Speidel, A.; Bethune, D. S.; Shelby, R. M.; Luntz, A. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18038-18041 10.1021/ja207229n
17. Yilmaz, E.; Yogi, C.; Yamanaka, K.; Ohta, T.; Byon, H. R. Nano Lett. 2013, 13, 4679-4684 10.1021/nl4020952
18. Jian, Z.; Liu, P.; Li, F.; He, P.; Guo, X.; Chen, M.; Zhou, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 442-446 10.1002/anie.201307976
19. Jung, H. G.; Jeong, Y. S.; Park, J. B.; Sun, Y. K.; Scrosati, B.; Lee, Y. J. ACS Nano 2013, 7, 3532-3539 10.1021/nn400477d
20. Black, R.; Lee, J. H.; Adams, B.; Mims, C. A.; Nazar, L. F. Angew. Chem. 2013, 125, 410-414 10.1002/ange.201205354
21. Ryu, W. H.; Yoon, T. H.; Song, S. H.; Jeon, S.; Park, Y. J.; Kim, I. D. Nano Lett. 2013, 13, 4190-4197 10.1021/nl401868q
22. Radin, M. D.; Monroe, C. W.; Siegel, D. J. Chem. Mater. 2015, 27, 839-847 10.1021/cm503874c
23. Zhu, J.; Ren, X.; Liu, J.; Zhang, W.; Wen, Z. ACS Catal. 2015, 5, 73-81 10.1021/cs5014442
24. Zhu, J.; Wang, F.; Wang, B.; Wang, Y.; Liu, J.; Zhang, W.; Wen, Z. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13572-13579 10.1021/jacs.5b07792
25. Yao, K. P.; Risch, M.; Sayed, S. Y.; Lee, Y. L.; Harding, J. R.; Grimaud, A.; Pour, N.; Xu, Z.; Zhou, J.; Mansour, A.; Bardé, F.; Shao-Horn, Y. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2417-2426 10.1039/C5EE00967G
26. Meini, S.; Solchenbach, S.; Piana, M.; Gasteiger, H. A. J. Electrochem. Soc. 2014, 161, A1306-A1314 10.1149/2.0621409jes
27. Wang, Y.; Liang, Z.; Zou, Q.; Cong, G.; Lu, Y. C. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 6459-6466 10.1021/acs.jpcc.6b00984
28. Shi, L.; Xu, A.; Zhao, T. S. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 6356-6362 10.1021/acs.jpcc.6b00014
29. Zheng, H.; Xiao, D.; Li, X.; Liu, Y.; Wu, Y.; Wang, J.; Jiang, K.; Chen, C.; Gu, L.; Wei, X.; Hu, Y. S.; Chen, Q.; Li, H. Nano Lett. 2014, 14, 4245-4249 10.1021/nl500862u
30. Gonze, X.; Beuken, J. M.; Caracas, R.; Detraux, F.; Fuchs, M.; Rignanese, G. M.; Sindic, L.; Verstraete, M.; Zerah, G.; Jollet, F.; Torrent, M.; Roy, A.; Mikami, M.; Ghosez, Ph.; Raty, J.-Y.; Allan, D. C. Comput. Mater. Sci. 2002, 25, 478-492 10.1016/S0927-0256(02)00325-7
31. Gonze, X.; Amadon, B.; Anglade, P. M.; Beuken, J. M.; Bottin, F.; Boulanger, P.; Bruneval, F.; Caliste, D.; Caracas, R.; Cote, M.; Deutsch, T. et al. Comput. Phys. Commun. 2009, 180, 2582-2615 10.1016/j.cpc.2009.07.007
32. Gonze, X. Z. Kristallogr.-Cryst. Mater. 2005, 220, 558-562 10.1524/zkri.220.5.558.65066
33. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865 10.1103/PhysRevLett.77.3865
34. Blöchl, P. E. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994, 50, 17953 10.1103/PhysRevB.50.17953
35. Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188 10.1103/PhysRevB.13.5188
36. Heyd, J.; Scuseria, G. E.; Ernzerhof, M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8207-8215 10.1063/1.1564060
37. Paier, J.; Marsman, M.; Hummer, K.; Kresse, G.; Gerber, I. C.; ángyán, J. G. J. Chem. Phys. 2006, 124, 154709 10.1063/1.2187006
38. Giannozzi, P.; Baroni, S.; Bonini, N.; Calandra, M.; Car, R.; Cavazzoni, C.; Ceresoli, D.; Chiarotti, G. L.; Cococcioni, M.; Dabo, I.; Dal Corso, A. et al. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 395502 10.1088/0953-8984/21/39/395502
39. Geng, W. T.; Ohno, T. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 1024-1031 10.1021/jp508896s
40. Radin, M. D.; Rodriguez, J. F.; Tian, F.; Siegel, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1093-1103 10.1021/ja208944x
41. Stull, D. R.; Prophet, H. JANAF Thermochemical Tables; National Standard Reference Data System; U.S. National Bureau of Standards: Washington, DC, 1971.
42. Mo, Y.; Ong, S. P.; Ceder, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011, 84, 205446 10.1103/PhysRevB.84.205446
43. Zhai, D.; Wang, H. H.; Yang, J.; Lau, K. C.; Li, K.; Amine, K.; Curtiss, L. A. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15364-15372 10.1021/ja403199d
44. Johnson, L.; Li, C.; Liu, Z.; Chen, Y.; Freunberger, S. A.; Ashok, P. C.; Praveen, B. B.; Dholakia, K.; Tarascon, J. M.; Bruce, P. G. Nat. Chem. 2014, 6, 1091-1099 10.1038/nchem.2101
45. Tan, P.; Shi, L.; Shyy, W.; Zhao, T. S. Energy Technol. 2016, 4, 393-400 10.1002/ente.201500271
46. Balaya, P.; Li, H.; Kienle, L.; Maier, J. Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 621-625 10.1002/adfm.200304406
47. Jung, J.; Cho, M.; Zhou, M. AIP Adv. 2014, 4, 017104 10.1063/1.4861583
48. Radin, M. D.; Siegel, D. J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2370-2379 10.1039/c3ee41632a
49. Tian, F.; Radin, M. D.; Siegel, D. J. Chem. Mater. 2014, 26, 2952-2959 10.1021/cm5007372
50. Hu, J.; Li, H.; Huang, X.; Chen, L. Solid State Ionics 2006, 177, 2791-2799 10.1016/j.ssi.2006.03.043
51. Meduri, P.; Clark, E.; Kim, J. H.; Dayalan, E.; Sumanasekera, G. U.; Sunkara, M. K. Nano Lett. 2012, 12, 1784-1788 10.1021/nl203649p
52. Yu, A.; Park, H. W.; Davies, A.; Higgins, D. C.; Chen, Z.; Xiao, X. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1855-1860 10.1021/jz200836h
53. Zhu, X. B.; Zhao, T. S.; Wei, Z. H.; Tan, P.; Zhao, G. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2782-2790 10.1039/C5EE01604E
54. Zhu, X. B.; Zhao, T. S.; Wei, Z. H.; Tan, P.; An, L. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 3745-3754 10.1039/C5EE02867A
55. Zhu, X. B.; Zhao, T. S.; Tan, P.; Wei, Z. H.; Wu, M. C. Nano Energy 2016, 26, 565-576 10.1016/j.nanoen.2016.06.010
56. Dunst, A.; Epp, V.; Hanzu, I.; Freunberger, S. A.; Wilkening, M. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2739-2752 10.1039/C4EE00496E
57. Kang, S.; Mo, Y.; Ong, S. P.; Ceder, G. Chem. Mater. 2013, 25, 3328-3336 10.1021/cm401720n
58. Viswanathan, V.; Thygesen, K. S.; Hummelshøj, J. S.; Nørskov, J. K.; Girishkumar, G.; McCloskey, B. D.; Luntz, A. C. J. Chem. Phys. 2011, 135, 214704 10.1063/1.3663385
59. Shi, L.; Xu, A.; Zhao, T. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 29859-29866 10.1039/C5CP03886C