Recent Advances in Biomimetic Electrocatalysts for Water Splitting: Emerging Trends and Outlook

纳米技术 析氧 分解水 催化作用 设计要素和原则 材料科学 制氢 电催化剂 电子转移 电解水 杰纳斯 化学 仿生学 生化工程 仿生材料 合理设计 电化学 电解 原电池
作者
Radhakrishnan Venkatkarthick
出处
期刊:Chemical Record [Wiley]
卷期号:: e202500239-e202500239
标识
DOI:10.1002/tcr.202500239
摘要

Electrochemical water splitting offers a sustainable pathway for green hydrogen production; however, it remains constrained by the sluggish kinetics of the hydrogen evolution and oxygen evolution reactions. Nature's metalloenzymes, such as [FeFe] hydrogenases and the Mn 4 CaO 5 cluster in photosystem II, exemplify exceptional catalytic efficiency using earth‐abundant metals via proton‐coupled electron transfer and cooperative metal‐site interactions. This review highlights the advances in biomimetic electrocatalysts and traces their evolution from molecular analogs to heterogeneous systems, including oxygen‐evolving complex mimic Mn/Ca clusters, biomimetic metal–porphyrinoids, metal–organic and covalent frameworks, nanostructured layered double hydroxides, Janus chalcogenides, high‐entropy alloys, and single‐atom catalysts. Hierarchical, self‐healing, and dynamically stable architectures that sustain catalytic activity under operational stress are emphasized, supported by ultrafast operando spectroscopies that capture real‐time active‐site transformations. Emerging strategies, such as decoupled water splitting, direct seawater electrolysis, and the integration of machine learning and digital twin frameworks, are accelerating predictive catalyst design and system‐level optimization. Adapting bioinspired design principles into electrolyzer architectures further enhances system efficiency. Despite meaningful advances, biomimetic systems remain hampered by their constrained durability, synthetic scale‐up challenges, and unresolved mechanistic intricacies. Their progress toward practical electrolyzer technologies hinges on the concerted integration of bioinspired design, material innovation, and high‐fidelity characterization.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
酷波er应助Xiao采纳,获得10
2秒前
2秒前
知否完成签到 ,获得积分0
3秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
aikeyan发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
5秒前
6秒前
6秒前
十月完成签到 ,获得积分10
7秒前
7秒前
kk完成签到,获得积分10
7秒前
喵喵喵完成签到 ,获得积分10
9秒前
邓焕然发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
9秒前
10秒前
555完成签到,获得积分10
10秒前
受伤芝麻完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
11秒前
11秒前
11秒前
12秒前
Asteroid发布了新的文献求助10
12秒前
无花果应助Yukikig采纳,获得10
13秒前
银鱼在游发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
所以Sun发布了新的文献求助10
16秒前
路人甲发布了新的文献求助10
16秒前
17秒前
天和街浪子完成签到,获得积分10
18秒前
wanci应助pat采纳,获得10
18秒前
SUNYAOSUNYAO完成签到,获得积分20
18秒前
19秒前
tg2024完成签到,获得积分10
20秒前
科研通AI6应助包容店员采纳,获得20
20秒前
Owen应助科研小天才219采纳,获得10
22秒前
沉默的美女关注了科研通微信公众号
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Encyclopedia of Agriculture and Food Systems Third Edition 2000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 临床微生物学程序手册,多卷,第5版 2000
King Tyrant 720
Lectures in probability theory and mathematical statistics - 3rd Edition 500
The Synthesis of Simplified Analogues of Crambescin B Carboxylic Acid and Their Inhibitory Activity of Voltage-Gated Sodium Channels: New Aspects of Structure–Activity Relationships 400
El poder y la palabra: prensa y poder político en las dictaduras : el régimen de Franco ante la prensa y el periodismo 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5597092
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4682377
关于积分的说明 14826217
捐赠科研通 4659610
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2536464
邀请新用户注册赠送积分活动 1504128
关于科研通互助平台的介绍 1470102