Harnessing Electrolyte Chemistry to Advance Oxygen Reduction Catalysis for Fuel Cells and Electrosynthesis

电合成 催化作用 燃料电池 氧还原反应 电解质 氧还原 化学 氧气 电化学 化学工程 无机化学 有机化学 电极 工程类 物理化学
作者
Yong‐Yan Zhao,Wenhe Yu,Xiaoxuan Sun,Hengshuo Huang,Fengwang Li,Mingchuan Luo
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (22): 16963-16985 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c05425
摘要

Oxygen reduction reaction (ORR) is ubiquitous in many important energy conversion technologies, encompassing fuel cells, metal-air batteries, and H2O2 electrosynthesis. However, its inherently sluggish kinetics often leads to substantial overpotentials and losses in efficiency, thus prompting extensive efforts into catalyst optimization. In the past few years, growing research has underscored the pivotal role of electrolyte-associated factors in affecting the ORR performance. In this review, we focus on the intricate interplay between electrolyte properties, pH, cations, anions, and additives, and their impacts on ORR electrocatalysis, particularly for platinum (and its alloys) and nonprecious metal–nitrogen–carbon catalysts. We examine how these electrolyte-mediated alterations affect the electrode surface, reactive species, and microenvironment, thereby modulating the adsorption energetics of intermediates, catalyst stability and mass transport, and ultimately affecting the overall ORR process. We highlight the need for dynamic models and advanced probing technologies at the electrocatalytic interfaces, and advocate for adopting a holistic approach that synchronizes effects of electrolytes and catalysts in optimizing ORR electrocatalysis. This review lays the foundation for refining descriptive formulations for ORR electrocatalysis, which potentially guides the development of enhanced ORR cathodes for practical applications.
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