Research advances in earth-abundant-element-based electrocatalysts for oxygen evolution reaction and oxygen reduction reaction

析氧 材料科学 电化学 纳米技术 纳米材料 双功能 电化学能量转换 电催化剂 分解水 杂原子 化学 催化作用 电极 物理化学 光催化 有机化学 生物化学 戒指(化学)
作者
Xiaohong Chen,Zhiyuan Zhang,Ya Chen,Runjing Xu,Chunyu Song,Tiefeng Yuan,Wenshuai Tang,Xin Gao,Nannan Wang,Lifeng Cui
出处
期刊:Energy materials [OAE Publishing Inc.]
被引量:24
标识
DOI:10.20517/energymater.2023.12
摘要

The oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) are crucial half-reactions of green electrochemical energy storage and conversion technologies, such as electrochemical water-splitting devices and regenerative fuel cells. Researchers always committed to synthesizing earth-abundant-element-based nanomaterials as high-efficiency electrocatalysts for realizing their industrial applications. In this review, we briefly elaborate on the underlying mechanisms of OER and ORR during the electrochemical process. Then, we systematically sum up the recent research progress in representative metal-free carbon (C)-based electrocatalysts; metal-nitrogen-C electrocatalysts; and nonprecious-metal OER/ORR electrocatalysts, including transition-metal oxides, phosphides, nitrides/oxynitrides, chalcogenides, and carbides. Among these, some representative bifunctional electrocatalysts for the OER/ORR are mentioned. In particular, we discuss the effects of physicochemical properties-morphology, phases, crystallinity, composition, defects, heteroatom doping, and strain engineering-on the comprehensive performance of the abovementioned electrocatalysts, with the aim of establishing the nanostructure-function relationships of the electrocatalysts. In addition, the development directions of OER and ORR electrocatalysts are determined and highlighted. The generic approach in this review expands the frontiers of and provides inspiration for developing high-efficiency OER/ORR electrocatalysts.
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