A review on fundamentals for designing oxygen evolution electrocatalysts

析氧 氧气 纳米技术 催化作用 材料科学 生化工程 化学 工程类 物理化学 电极 有机化学 电化学
作者
Jiajia Song,Chao Wei,Zhen‐Feng Huang,Chuntai Liu,Lin Zeng,Xin Wang,Zhichuan J. Xu
出处
期刊:Chemical Society Reviews [Royal Society of Chemistry]
卷期号:49 (7): 2196-2214 被引量:2687
标识
DOI:10.1039/c9cs00607a
摘要

Electricity-driven water splitting can facilitate the storage of electrical energy in the form of hydrogen gas. As a half-reaction of electricity-driven water splitting, the oxygen evolution reaction (OER) is the major bottleneck due to the sluggish kinetics of this four-electron transfer reaction. Developing low-cost and robust OER catalysts is critical to solving this efficiency problem in water splitting. The catalyst design has to be built based on the fundamental understanding of the OER mechanism and the origin of the reaction overpotential. In this article, we summarize the recent progress in understanding OER mechanisms, which include the conventional adsorbate evolution mechanism (AEM) and lattice-oxygen-mediated mechanism (LOM) from both theoretical and experimental aspects. We start with the discussion on the AEM and its linked scaling relations among various reaction intermediates. The strategies to reduce overpotential based on the AEM and its derived descriptors are then introduced. To further reduce the OER overpotential, it is necessary to break the scaling relation of HOO* and HO* intermediates in conventional AEM to go beyond the activity limitation of the volcano relationship. Strategies such as stabilization of HOO*, proton acceptor functionality, and switching the OER pathway to LOM are discussed. The remaining questions on the OER and related perspectives are also presented at the end.
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