High Redox Capacity of Al-Doped La1−xSrxMnO3−Δ Perovskites for Splitting CO2 and H2O at Mn-Enriched Surfaces

ChemSusChem

Volumn 10, Issue 7, 2017, Pages 1517-1525

  Ezbiri, M ^a   Becattini, V ^a   Hoes, M ^a   Michalsky, R ^a   Steinfeld, A ^a  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

Author keywords

perovskites; redox chemistry; solar fuels; surface chemistry; X ray photoelectron spectroscopy

Indexed keywords

CALCULATIONS; CARBON DIOXIDE; MANGANESE; MANGANESE COMPOUNDS; MANGANESE METALLOGRAPHY; PEROVSKITE; PHOTOELECTRONS; PHOTONS; REDOX REACTIONS; SURFACE CHEMISTRY; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

COMPOSITIONAL DIFFERENCE; ELECTRONIC CHARGES; FIRST-PRINCIPLES CALCULATION; OXYGEN NON-STOICHIOMETRIES; REDOX CHEMISTRY; REDOX-ACTIVE METALS; SOLAR FUELS; STRONTIUM CARBONATE;

STRONTIUM COMPOUNDS;

ALUMINUM; CALCIUM DERIVATIVE; CARBON DIOXIDE; CARBONIC ACID DERIVATIVE; LANTHANUM; MANGANESE; OXIDE; OXYGEN; PEROVSKITE; STRONTIUM; TITANIUM; WATER;

CHEMISTRY; OXIDATION REDUCTION REACTION; SURFACE PROPERTY;

ALUMINUM; CALCIUM COMPOUNDS; CARBON DIOXIDE; CARBONATES; LANTHANUM; MANGANESE; OXIDATION-REDUCTION; OXIDES; OXYGEN; STRONTIUM; SURFACE PROPERTIES; TITANIUM; WATER;

EID: 85013074535     PISSN: 18645631     EISSN: 1864564X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cssc.201601869     Document Type: Article

References (84)

1. M. Godickemeier, K. Sasaki, L. J. Gauckler, I. Riess, Solid State Ionics 1996, 86–8, 691–701.
2. T. Kawada, K. Masuda, J. Suzuki, A. Kaimai, K. Kawamura, Y. Nigara, J. Mizusaki, H. Yugami, H. Arashi, N. Sakai, H. Yokokawa, Solid State Ionics 1999, 121, 271–279.
3. K. Sasaki, J. P. Wurth, R. Gschwend, M. Godickemeier, L. J. Gauckler, J. Electrochem. Soc. 1996, 143, 530–543.
4. S. J. Skinner, Int. J. Inorg. Mater. 2001, 3, 113–121.
5. Y. Takeda, H. Y. Tu, H. Sakaki, S. Watanabe, N. Imanishi, O. Yamamoto, M. B. Phillipps, N. M. Sammes, J. Electrochem. Soc. 1997, 144, 2810–2816.
6. S. W. Tao, J. T. S. Irvine, Nat. Mater. 2003, 2, 320–323.
7. S. W. Tao, J. T. S. Irvine, J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A252–A259.
8. Y. Teraoka, T. Nobunaga, K. Okamoto, N. Miura, N. Yamazoe, Solid State Ionics 1991, 48, 207–212.
9. Y. Teraoka, H. M. Zhang, S. Furukawa, N. Yamazoe, Chem. Lett. 1985, 14, 1743–1746.
10. H. Y. Tu, Y. Takeda, N. Imanishi, O. Yamamoto, Solid State Ionics 1997, 100, 283–288.
11. H. Ullmann, N. Trofimenko, F. Tietz, D. Stover, A. Ahmad-Khanlou, Solid State Ionics 2000, 138, 79–90.
12. R. H. E. van Doorn, A. J. Burggraaf, Solid State Ionics 2000, 128, 65–78.
13. A. H. Bork, M. Kubicek, M. Struzik, J. L. M. Rupp, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 15546–15557.
14. T. Cooper, J. R. Scheffe, M. E. Galvez, R. Jacot, G. Patzke, A. Steinfeld, Energy Technol. 2015, 3, 1130–1142.
15. S. Dey, B. S. Naidu, A. Govindaraj, C. N. R. Rao, Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 122–125.
16. S. Dey, B. S. Naidu, C. N. R. Rao, Chem. Eur. J. 2015, 21, 7077–7081.
17. A. H. McDaniel, E. C. Miller, D. Arifin, A. Ambrosini, E. N. Coker, R. O'Hayre, W. C. Chueh, J. H. Tong, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2424–2428.
18. M. Takacs, M. Hoes, M. Caduff, T. Cooper, J. R. Scheffe, A. Steinfeld, Acta Mater. 2016, 103, 700–710.
19. J. R. Scheffe, D. Weibel, A. Steinfeld, Energy Fuels 2013, 27, 4250–4257.
20. C. K. Yang, Y. Yamazaki, A. Aydin, S. M. Haile, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 13612–13623.
21. A. Demont, S. Abanades, E. Beche, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 12682–12692.
22. N. Knoblauch, L. Dörrer, P. Fielitz, M. Schmücker, G. Borchardt, Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 5849–5860.
23. M. Roeb, M. Neises, N. Monnerie, F. Call, H. Simon, C. Sattler, M. Schmucker, R. Pitz-Paal, Materials 2012, 5, 2015–2054.
24. M. Romero, A. Steinfeld, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9234–9245.
25. W. C. Chueh, S. M. Haile, Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A 2010, 368, 3269–3294.
26. D. Marxer, P. Furler, J. Scheffe, H. Geerlings, C. Falter, V. Batteiger, A. Sizmann, A. Steinfeld, Energy Fuels 2015, 29, 3241–3250.
27. J. R. Scheffe, A. Steinfeld, Mater. Today 2014, 17, 341–348.
28. S. Abanades, A. Legal, A. Cordier, G. Peraudeau, G. Flamant, A. Julbe, J. Mater. Sci. 2010, 45, 4163–4173.
29. S. Ackermann, J. R. Scheffe, A. Steinfeld, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 5216–5225.
30. W. C. Chueh, A. H. McDaniel, M. E. Grass, Y. Hao, N. Jabeen, Z. Liu, S. M. Haile, K. F. McCarty, H. Bluhm, F. El Gabaly, Chem. Mater. 2012, 24, 1876–1882.
31. S. G. Huang, L. Li, J. Vleugels, P. L. Wang, O. Van der Biest, J. Eur. Ceram. Soc. 2003, 23, 99–106.
32. H. Kaneko, T. Miura, H. Ishihara, S. Taku, T. Yokoyama, H. Nakajima, Y. Tamaura, Energy 2007, 32, 656–663.
33. Q. L. Meng, C. I. Lee, T. Ishihara, H. Kaneko, Y. Tamaura, Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 13435–13441.
34. R. J. Panlener, R. N. Blumenthal, J. E. Garnier, J. Phys. Chem. Solids 1975, 36, 1213–1222.
35. M. A. Peña, J. L. G. Fierro, Chem. Rev. 2001, 101, 1981–2017.
36. A. M. Deml, V. Stevanovic, A. M. Holder, M. Sanders, R. O'Hayre, C. B. Musgrave, Chem. Mater. 2014, 26, 6595–6602.
37. N. H. Batis, P. Delichere, H. Batis, Appl Catal A 2005, 282, 173–180.
38. J. G. Deng, L. Zhang, H. X. Dai, H. He, C. T. Au, Ind. Eng. Chem. Res. 2008, 47, 8175–8183.
39. Y. A. Liu, H. T. Zheng, J. R. Liu, T. Zhang, Chem. Eng. J. 2002, 89, 213–221.
40. Q. H. Wu, M. L. Liu, W. Jaegermann, Mater. Lett. 2005, 59, 1980–1983.
41. M. E. Gálvez, R. Jacot, J. Scheffe, T. Cooper, G. Patzke, A. Steinfeld, Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 6629–6634.
42. N. A. Merino, B. P. Barbero, P. Eloy, L. E. Cadús, Appl. Surf. Sci. 2006, 253, 1489–1493.
43. S. P. Simner, M. D. Anderson, M. H. Engelhard, J. W. Stevenson, Electrochem. Solid-State Lett. 2006, 9, A478–A481.
44. K. Rida, A. Benabbas, F. Bouremmad, M. A. Pena, A. Martinez-Arias, Catal. Commun. 2006, 7, 963–968.
45. K. R. Poeppelmeier, M. E. Leonowicz, J. M. Longo, J. Solid State Chem. 1982, 44, 89–98.
46. H. Lehnert, H. Boysen, J. Schneider, F. Frey, D. Hohlwein, P. Radaelli, H. Ehrenberg, Z. Kristallogr. 2000, 215, 536–541.
47. P. M. Woodward, T. Vogt, D. E. Cox, A. Arulraj, C. N. R. Rao, P. Karen, A. K. Cheetham, Chem. Mater. 1998, 10, 3652–3665.
48. N. A. Merino, B. P. Barbero, P. Grange, L. E. Cadús, J. Catal. 2005, 231, 232–244.
49. S. M. Babiniec, E. N. Coker, J. E. Miller, A. Ambrosini, Sol. Energy 2015, 118, 451–459.
50. A. Demont, S. Abanades, RSC Adv. 2014, 4, 54885–54891.
51. M. EzbiriD. Theiler, R. Michalsky, A. Steinfeld, J. Mater. Chem. A, T. M., 2016, Submitted.
52. H. M. Zhang, Y. Shimizu, Y. Teraoka, N. Miura, N. Yamazoe, J. Catal. 1990, 121, 432–440.
53. A. Machocki, T. Ioannides, B. Stasinska, W. Gac, G. Avgouropoulos, D. Delimaris, W. Grzegorczyk, S. Pasieczna, J. Catal. 2004, 227, 282–296.
54. S. Ponce, M. A. Peña, J. L. G. Fierro, Appl. Catal. B 2000, 24, 193–205.
55. V. Di Castro, G. Polzonetti, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1989, 48, 117–123.
56. P. Decorse, G. Caboche, L. C. Dufour, Solid State Ionics 1999, 117, 161–169.
57. J. F. Moulder, J. Chastain, R. C. King, Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy: a reference book of standard spectra for identification and interpretation of XPS data, PerkinElmer, Eden Prairie, 1992.
58. E. J. Crumlin, E. Mutoro, Z. Liu, M. E. Grass, M. D. Biegalski, Y. L. Lee, D. Morgan, H. M. Christen, H. Bluhm, Y. Shao-Horn, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6081–6088.
59. G. Vovk, X. H. Chen, C. A. Mims, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 2445–2454.
60. V. Young, T. Otagawa, Appl. Surf. Sci. 1985, 20, 228–248.
61. G. U. Kulkarni, C. N. R. Rao, M. W. Roberts, J. Phys. Chem. 1995, 99, 3310–3316.
62. A. F. Carley, M. W. Roberts, A. K. Santra, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 9978–9983.
63. J. L. G. Fierro, L. G. Tejuca, Appl. Surf. Sci. 1987, 27, 453–457.
64. N. Yamazoe, Y. Teraoka, T. Seiyama, Chem. Lett. 1981, 10, 1767–1770.
65. L. Richter, S. D. Bader, M. B. Brodsky, Phys. Rev. B 1980, 22, 3059–3064.
66. J. L. G. Fierro, Catal. Today 1990, 8, 153–174.
67. T. H. Fleisch, R. F. Hicks, A. T. Bell, J. Catal. 1984, 87, 398–413.
68. L. González Tejuca, A. T. Bell, J. L. G. Fierro, M. A. Pena, Appl. Surf. Sci. 1988, 31, 301–316.
69. H. Dulli, P. A. Dowben, S. H. Liou, E. W. Plummer, Phys. Rev. B 2000, 62, R14629.
70. A. K. Huber, M. Falk, M. Rohnke, B. Luerssen, L. Gregoratti, M. Amati, J. Janek, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 751–758.
71. W. Lee, J. W. Han, Y. Chen, Z. H. Cai, B. Yildiz, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7909–7925.
72. J. E. ten Elshof, H. J. M. Bouwmeester, H. Verweij, Solid State Ionics 1996, 89, 81–92.
73. N. Gunasekaran, N. Bakshi, C. B. Alcock, J. J. Carberry, Solid State Ionics 1996, 83, 145–150.
74. K. Tabata, I. Matsumoto, S. Kohiki, J. Mater. Sci. 1987, 22, 1882–1886.
75. Y. Uwamino, T. Ishizuka, H. Yamatera, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1984, 34, 67–78.
76. D. J. Lam, B. W. Veal, D. E. Ellis, Phys. Rev. B 1980, 22, 5730–5739.
77. M. C. Biesinger, B. P. Payne, A. P. Grosvenor, L. W. M. Lau, A. R. Gerson, R. S. Smart, Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 2717–2730.
78. R. Michalsky, V. Botu, C. M. Hargus, A. A. Peterson, A. Steinfeld, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1401082.
79. M. Ezbiri, K. M. Allen, M. E. Gàlvez, R. Michalsky, A. Steinfeld, ChemSusChem 2015, 8, 1966–1971.
80. J. Enkovaara, C. Rostgaard, J. J. Mortensen, J. Chen, M. Dulak, L. Ferrighi, J. Gavnholt, C. Glinsvad, V. Haikola, H. A. Hansen, H. H. Kristoffersen, M. Kuisma, A. H. Larsen, L. Lehtovaara, M. Ljungberg, O. Lopez-Acevedo, P. G. Moses, J. Ojanen, T. Olsen, V. Petzold, N. A. Romero, J. Stausholm-Moller, M. Strange, G. A. Tritsaris, M. Vanin, M. Walter, B. Hammer, H. Hakkinen, G. K. H. Madsen, R. M. Nieminen, J. Nørskov, M. Puska, T. T. Rantala, J. Schiotz, K. S. Thygesen, K. W. Jacobsen, J. Phys. Condens. Matter 2010, 22, 253202.
81. J. J. Mortensen, L. B. Hansen, K. W. Jacobsen, Phys. Rev. B 2005, 71, 035109.
82. B. Hammer, L. B. Hansen, J. K. Nørskov, Phys. Rev. B 1999, 59, 7413–7421.
83. R. Michalsky, D. Neuhaus, A. Steinfeld, Energy Technol. 2015, 3, 784–789.
84. G. Henkelman, A. Arnaldsson, H. Jonsson, Comput. Mater. Sci. 2006, 36, 354–360.