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Optimizing hydrogen production by alkaline water decomposition with transition metal-based electrocatalysts

过电位 分解水 催化作用 过渡金属 制氢 无机化学 材料科学 分解 碳化物 化学 化学工程 电化学 冶金 物理化学 有机化学 光催化 工程类 电极
作者
Jingjing Li,Zheng‐Yin Jing,Haotian Bai,Zhonghao Chen,Ahmed I. Osman,Mohamed Farghali,David Rooney,Pow‐Seng Yap
出处
期刊:Environmental Chemistry Letters [Springer Nature]
卷期号:21 (5): 2583-2617 被引量:12
标识
DOI:10.1007/s10311-023-01616-z
摘要

Abstract Burning fossil fuels account for over 75% of global greenhouse gas emissions and over 90% of carbon dioxide emissions, calling for alternative fuels such as hydrogen. Since the hydrogen demand could reach 120 million tons in 2024, efficient and large-scale production methods are required. Here we review electrocatalytic water splitting with a focus on reaction mechanisms, transition metal catalysts, and optimization strategies. We discuss mechanisms of water decomposition and hydrogen evolution. Transition metal catalysts include alloys, sulfides, carbides, nitrides, phosphides, selenides, oxides, hydroxides, and metal-organic frameworks. The reaction can be optimized by modifying the nanostructure or the electronic structure. We observe that transition metal-based electrocatalysts are excellent catalysts due to their abundant sources, low cost, and controllable electronic structures. Concerning optimization, fluorine anion doping at 1 mol/L potassium hydroxide yields an overpotential of 38 mV at a current density of 10 mA/cm 2 . The electrocatalytic efficiency can also be enhanced by adding metal atoms to the nickel sulfide framework.
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